Linux内核分析（一）

Linux内核分析 —— 【实验一：栈与程序 】

栈，是一种数据结构，是一种有限制的一维线性表。它的特点是“先进后出”，就像是一条只有一人宽的死胡同，先进胡同的人必须等后进胡同的人全部离开后，才能离开。
但栈与程序之间又有什么联系呢？

首先，看一段简单的C程序代码：test1.c

    int g(int x)
    {
      return x + 2;
    }
    int f(int x)
    {
      return g(x);
    }  
    int main(void)
    {
      return f(5) + 8;
    }

1） 在Linux 64位系统环境下，用以下命令将上述代码进行反汇编：
gcc –S –o test1.s test.c -m32

如下图如示

2）用gedit软件打开test1.s文件：

可以看到三个函数g，f，main对应的汇编代码，下面分析这个程序在栈中是如何执行的。

3）我们都知道main函数是程序的入口，所以先看main函数。注意：test1.s文件中以 ’ . ‘开头的都是编译器所添加的，可以忽略。

程序在内存中栈的增长方式如下：

每一个函数在调用的时候都会在内存中(也就是栈中）开辟一块属于自己的临时空间，称为一个栈帧，它用于存储该函数运行过程中的临时变量，在函数调用结束后就会清除。程序在执行main函数时，栈的变化为：

上图（1）中没有标示出ebp的位置，但我们知道它在更高的内存位置上。push ebp 就是把这个位置保存起来，以便于在修改ebp指针后，仍然可以恢复原来的值。
（2）中将当前esp位置赋给了ebp，也就是说栈底指针往下内存地址方向移了一段距离，和栈顶指针在同一位置。
（3）相当于push 5。5 是 f 函数的参数，c 程序函数参数的传递是通过栈来保存的。
（4）调用 f 函数。call f 可以看作是两条指令：push eip和jmp f 。把将要执行的指令地址ret1入栈，然后跳转到 f 函数，实现函数的调用。

（5）保存ebp1，把参数传给将要调用的函数g。
（6）调用函数g 。

（7）中绿色代表main函数的栈帧，蓝色是f函数的栈帧，黄色是g函数的栈帧。
（8）函数返回时，通常eax寄存器中的值作为返回值。语句”movl 8(%ebp),%eax” 和”addl $2 , %eax” 这表示将参数的值加2赋给eax，即eax=7。

（9）（10）中ret 相当于pop eip 。将栈中保存的返回地址赋给eip，使得可以正常返回到原来的调用者f中，而返回值保存在eax寄存器中。
（11）同理，f函数在执行后，将结果保存到eax返回到main函数。在f函数汇编代码中有一条“leave”语句，它相当于“mov ebp,esp”和”pop ebp”两条语句。
（12）在main函数中，语句”addl $8,%eax“则表示将f函数的返回值加上8，结果为eax=15 。再执行一次”leave“栈就被清空了。main函数也是函数，它也有它的调用者，只是我们看不到它的调用者而已，但它也需要”ret“返回到调用者，到这我们的程序就算结束了。

通过以上的例子，我们可以知道栈在程序执行过程中发挥着至关重要的作用，栈这种特殊的数据结构为函数的调用提供了可能，使得程序的执行更加灵活、过程更加直观；也使得编程更加简单、方便；同时，只有理解栈的结构和性质，才能理解程序是如何执行的。

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