Linux操作系统实验一：计算机是怎样工作的

姓名： 张泽尧 学号：SA12226383

实验环境：Win7下虚拟机VMware，虚拟机系统Ubuntu12.04。

实验内容：通过分析汇编代码在CPU上的执行过程来分析单任务计算机是如何工作的。

实验步骤：

一、编写编译测试代码example.c。

example.c代码如下：

#include <stdio.h>

int g(int x) {
return x+3;
}

int f(int x) {
return g(x);
}

int main() {
return f(8)+1;
}

编译：



二、分析汇编代码

输入命令gdb example，进入调试模式，用disas命令查看汇编代码。







1、从main函数开始执行，main函数首地址 0x080483d2 ，先把原%ebp指针压入栈内保存起来，以便main函数执行完返回。再使%ebp指向%esp，即原函数的栈顶，新函数（此处即main函数）的栈底。

0x080483d2 <+0>: push %ebp

0x080483d3 <+1>: mov %esp,%ebp

2、下移栈顶指针（栈开辟控件按照满递减的规则），为局部变量准备空间，再将值8放入刚才预留的栈空间，作为调用函数f的参数。再调用函数f，此处的call相当于如下步骤：1、把%eip中保存的下一条指令地址0x080483e4压入栈中保存，这样从f返回的时候能找到这个地址。2、把函数f的首地址0x80483bf放入%eip寄存器，这样下面CPU从%eip中获取指令地址开始执行f函数。

0x080483d5 <+3>: sub $0x4,%esp

0x080483d8 <+6>: movl $0x8,(%esp)

0x080483df <+13>: call 0x80483bf <f>

3、进入f函数，和第一步相同，将原%ebp压入栈保存起来，再使%ebp指向新函数的栈底。下移%esp开辟栈空间，通过0x8(%ebp)取得参数，即第二步中存入的8，放入%eax，再把值放入刚才开辟的栈空间，作为下面调用函数g的参数，最后通过call调用函数g，具体如第二步的分析，通过%eip实现。

0x080483bf <+0>: push %ebp

0x080483c0 <+1>: mov %esp,%ebp

0x080483c2 <+3>: sub $0x4,%esp

0x080483c5 <+6>: mov 0x8(%ebp),%eax

0x080483c8 <+9>: mov %eax,(%esp)

0x080483cb <+12>: call 0x80483b4 <g>

4、进入函数g，和前面相同，保存旧的%ebp，设置%ebp指向新的栈底，通过0x8(%ebp)获取第三步存入栈的参数8，放入%eax寄存器，将其加3存入%eax，作为返回值。把之前存入栈的旧%ebp，即上一级函数的栈底地址pop出来赋给%ebp，再ret，即把第3步压入栈的%eip弹出给%eip，CPU读取%eip进入到函数f内执行f内callg后面那条语句，即leave

0x080483b4 <+0>: push %ebp

0x080483b5 <+1>: mov %esp,%ebp

0x080483b7 <+3>: mov 0x8(%ebp),%eax

0x080483ba <+6>: add $0x3,%eax

0x080483bd <+9>: pop %ebp

0x080483be <+10>: ret

5、如第4步所说，CPU开始执行函数f的leave，相当于mov %ebp,%esp; pop %ebp，恢复栈指针，再ret，如上分析返回main函数，CPU开始执行main函数call调用下面的那句指令。

0x080483d0 <+17>: leave

0x080483d1 <+18>: ret

6、由第四步所说，返回值保存在%eax，这里将%eax中的返回值加1得到最终的结果依然保存在%eax，执行leave，恢复栈指针，执行ret返回上一级函数。

0x080483e4 <+18>: add $0x1,%eax

0x080483e7 <+21>: leave

0x080483e8 <+22>: ret

如上整个程序的执行流程。

实验总结：

如上分析单任务计算机中程序执行在调用函数及返回大底过程如下：

1、call调用函数，把%eip中存的下一条指令地址换成被调用函数首地址，并把原地址压入栈中；

2、push %ebp，move %esp, %ebp开辟新函数运行的栈空间，参数从栈中获取，执行完后把返回值放入%eax，上一级函数可以通过%eax获得返回值；

3、leave，释放栈空间；

4、ret，把第一步存入栈中的下一条指令地址pop出来放入%eip，CPU读取。

单任务计算机一次只能执行一个任务，若因为请求某资源而被迫中断时CPU进入空闲状态，使用效率低。

多任务计算机可以在多个任务之间进行调度，使CPU保持工作状态，使用效率高。

从main函数开始执行，main函数首地址 0x080483d2 ，