初识计算机工作过程 Posted on 2015-03-08 20:22 Killer_47 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏这周在网易云课堂上学习了《linux内核分析》——计算机是是如何工作的。本周学习内容有存储计算机工作模型、x86会变基础以及通过反编译一段简单的C语言的源代码，初步接触了计算机的工作过程。这里通过反汇编一个简单的C程序，分析汇编代码理解计算机是如何工作的。
先贴上一张对一个简单的C语言程序反汇编后的汇编代码的图片：
这段汇编代码是反编译后去除了以 ".“ 开头的行后的汇编代码。
代码中 %ebp 是栈底指针，%esp 是栈顶指针，%eax默认是存储当前函数的返回值。
操作 pushl 是压栈操作，popl 是弹栈操作，movl 是赋值操作，add 是加操作，sub 是减操作，call 是调用函数操作，leave 是销栈操作，ret 是返回操作。
接下来分析下整个程序执行过程：
因为程序都是从 main 函数开始执行的，所以eip 首先指到第17行 main 函数的地址，并将 eip 的值压到某个栈中，然后执行本程序 main.c。
main 函数首先将 %ebp 所指向的地址压入调用 main 函数的栈中( pushl %ebp )。然后将栈顶的值赋值给栈底( movl %esp, %ebp )，也就意味着形成了一个新的空栈( 用于执行main函数中的操作 )。之后将栈顶往下减4个字节(32位)( subl $4, %esp )，然后形成了一个新的栈顶以及一个新的栈顶存储空间。之后将值4赋值到栈顶( molv $4, (%esp) )。然后进行函数的调用操作( call f )。call 操作将当前行的下一行地址压入栈并将 eip 指向函数 f 的地址。当调用完成后执行加操作( addl %7, %eax )。 接下来进行leave 操作。leave 操作将栈底指针赋值给栈顶( 将执行 main 的栈清空 )并将栈顶存储的上一个栈的栈底地址赋值给 %ebp 并弹出该值，这也就意味着当前执行函数 main 的这个栈已经被销毁并且回到调用 main 函数的那个栈中。最后有一个返回操作( ret )，将栈中存储的 eip 的值赋值给当前 eip，其指向调用 main 函数的下一行。函数 main 执行完毕。
接下来的 f 函数和 g 函数也进行相似的操作。
因为 g 函数中没有对栈顶进行操作，栈顶与栈底指向同一地址，所以就不用 leave 操作先将栈底的地址赋值给栈顶再移除栈底，直接将栈底弹出即可。
每个函数在执行过程中，都是先建立用于执行本函数的栈，然后执行操作，最后销毁栈后返回。并不是所有操作都是对本函数的栈进行操作。
总结：
当今的计算机基本上都是用的冯诺依曼体系结构，通过总线将 CPU 与内存连接在一起，CPU 从内存中相应地址区域调取指令并执行。计算机执行命令用到最多的结构是栈结构，将命令执行结果压入栈中，以备以后命令调取和返回。
对于单任务计算机，计算机顺序执行所有命令。每个程序都要等到上一个程序执行完毕后才能执行。多任务计算机更多的是多个程序同时运行，同一个核心以极快的速度在多个不同的程序之间进行跳跃，每次只执行很少的命令，这样看起来像在同时进行一样。
从目前所学的知识来看，计算机所执行的操作就有三个，分别是 addl, subl, movl。push，pop，call，leave，ret 等操作都是用基础的那三个操作组合而成的。计算机通过基础的三个命令执行所有操作，高效便捷。
注：本人第一次写此类博客，写的并不是很好，如有不足之处请指出，我虚心求教，谢谢各位！
作者：李若森
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参考课程：《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
