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这次回顾第五部分，这部分介绍了进程和堆栈。

第5节：进程和堆栈

这部分和课件略有不同，主要介绍x64体系结构。

内存中的堆栈和堆栈操作

内存布局

x86-64栈
  • 通过栈规范管理内存区域
  • 栈顶在低地址
  • 寄存器%rsp为最小的堆栈地址
    • 即“顶部”元素的地址

Push
  • pushq Src
  • 将%rsp减少8
  • 在给定的地址%rsp处写入操作数

Pop
  • popq Dest
  • 在%rsp指定的地址处读取值
  • 将%rsp增加8
  • 将值存储在Dest

备注：课件中介绍的是IA32，所以要将8改成4。

用于跟踪过程调用的堆栈

过程调用概况

  • Callee必须知道在哪里可以找到参数
  • Callee必须知道在哪里可以找到“返回地址”
  • Caller必须知道在哪里可以找到返回值
  • Caller和Callee在同一CPU上运行→使用相同的寄存器
    • Caller可能需要保存Callee可能使用的寄存器
    • Callee可能需要保存Caller已经使用的寄存器

  • 离开/发现事物的惯例称为过程调用链接
    • 详细信息因系统而异
    • 我们将详细了解IA32/Linux的约定
    • 如果我们的程序没有遵循这些惯例，会发生什么情况呢？
过程控制流
  • 使用栈来支持过程调用和返回
  • 程序调用：call label
    • 将返回地址推入堆栈
    • 跳转到label

  • 返回地址：

    • call之后下一条指令的地址

    • 例子

      804854e:	e8 3d 06 00 00 	call   8048b90 <main>
8048553:	50             	pushl  %eax

    • 返回地址=$0\text{x}8048553$

  • 程序返回：ret
    • 从栈中弹出地址
    • 跳转到地址

基于堆栈的语言

栈帧
  • 内容
    • 返回信息
    • 本地存储（如果需要）
    • 临时空间（如果需要）
  • 管理
    • 进入过程时分配空间
      • “Set-up”代码
      • 包括call指令
    • 返回时取消分配
      • “Finish”代码
      • 包括ret指令

#####

Linux堆栈框架

x86-64/Linux栈帧
  • 当前栈帧（“顶部”至底部）
    • Argument build：要调用的函数的参数
    • Local Variables（如果没法存储在寄存器中）
    • Saved Registers（如果复用寄存器）
    • Old frame pointer（可选）
  • Caller栈帧
    • Return address
      • 由call指令push
    • 此次call的参数

寄存器保存约定

  • 当过程yoo call who：
    • yoo是caller
    • who是callee
  • 可以将寄存器用于临时存储吗？
  • 约定
    • “Caller Saved”
      • caller在call之前将临时值保存在其帧中
    • “Callee Saved”
      • callee在使用前将临时值保存在其帧中
      • callee在返回到caller前将这些值恢复
x86-64/Linux寄存器用处
  • ％rax
    • 返回值
    • 也是caller-saved
    • 可以通过过程修改
  • ％rdi，…，％r9
    • 参数
    • caller-saved
    • 可以通过过程修改
  • ％r10，％r11
    • caller-saved
    • 可以通过过程修改
  • ％rbx，％r12，％r13，％r14
    • callee-saved
    • callee必须保存并还原
  • ％rbp
    • callee-saved
    • callee必须保存并还原
    • 可用作帧指针
    • 可以混合搭配
  • ％rsp
    • 特殊形式的callee-saved
    • 退出程序后恢复到原始值