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linux 内核探析

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Lunix 函数堆栈操作过程

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Wed Nov 20 , 2013

1.理论分析

堆栈是一种先进后出的数据结构，是计算机中最常用的一种数据结构，堆栈可以用数组

实现，也可以用链表实现。其中，堆（heap）中存放的是用 malloc 分配地址的动态变量或

c++中的对象等数据；栈(stack )又称称为堆栈（习惯上的叫法），存放的是局部变量。在讲解

Lunix 函数堆栈操作之前，我们先了解一些与堆栈操作有关的寄存器概念：

esp: （extend stack pointer）堆栈指针，32bit 长度，形像地称为栈顶指针。用来存放当前线程的栈顶地

址。它总是指向栈的顶部。

ebp：（extend base pointer）基址指针，也被称作为框架指针（frame pointer）。用来存放当前线程的栈

底地址。

eip：（extend instructure pointer）指令指针。存放下一个 cpu 指令在代码段（code segment）中的地址。

在了解有关寄存器的概念之后，下面描述针对运行在 Intel x86 系列芯片上 Linux 的 gcc

编译器的堆操作。

图 1 是一个典型的栈帧，图中，栈顶在上，地址空间往下增长。

下面是 main 调用 int foo(int arg1, int arg2, int arg3)函数时的栈的内容：

linux 内核探析

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int foo(int arg1, int arg2, int arg3)

{

int localvariable1;

int localvariable2;

}

int main()

{

……..

int foo(int arg1, int arg2, int arg3);

……..

return 0;

}

并且，foo 有两个局部的 int 变量（4 个字节）。在这个简化的场景中，main 调用 foo。这里，

main 是调用函数（calling function），foo 是被调用函数（called function）。esp 被 foo 使用来

指示栈顶。ebp 相当于一个“基准指针”。从 main 传递到 foo 的参数以及 foo 本身的局部变量

都可以通过这个基准指针为参考，加上偏移量找到。由于被调用者允许使用 EAX，ECX 和

EDX 寄存器，所以如果调用者希望保存这些寄存器的值，就必须在调用子函数之前显式地

把他们保存在栈中。另外，foo 参数的进栈顺序与申明顺序相反。

（1）函数调用前调用者的动作

在我们的例子中，调用者是 main，它准备调用函数 foo。在函数调用前，main 正在用

ESP 和 EBP 寄存器指示它自己的栈帧。

首先，main 把 EAX，ECX 和 EDX 压栈。这是一个可选的步骤，只在这三个寄存器内容需

要保留的时候执行此步骤。

接着，main 把传递给 foo 的参数一一进栈，最后的参数最先进栈。例如，我们的函数调用

是：

a = foo(12, 15, 18);

最后，main 用 call 指令调用子函数：

call foo

当执行 call 指令的时候，EIP 指令指针寄存器的内容（返回地址）被压入（push）栈中。

因为 EIP 寄存器是指向代码段中的下一条指令，所以当调用返回时，弹出（pop）压入点的

数据，重新赋给 eip，就可以继续执行代码段后的其他内容了。以上压入返回地址和弹出返

回地址分别由 call 和 ret 指令自动完成。在 call 指令执行完之后，下一个执行周期将从名为

foo 的标记处开始。图 2 展示了 call 指令完成后栈的内容。

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