assembly - 调用 printf 可以防止段错误

Question

这里是 IT 工程专业的学生。我们被要求尝试上下文切换，一项特定的任务让我们实现一个相当粗糙的尝试/抛出系统。这是我们编写的代码:

struct ctx_s {
  int esp;
  int ebp;
};

struct ctx_s * pctx;

typedef int (func_t)(int); /* a function that returns an int from an int */

int try(func_t *f, int arg)
{
  /* saving context by storing values of %esp and %ebp */      
    asm ("movl %%esp, %0"
    : "=r"((*pctx).esp) 
    :
    );

    asm ("movl %%ebp, %0"
    : "=r"((*pctx).ebp) 
    :
    );

    /* calling the function sent to try(), returning whatever it returns */
    return f(arg);
}

int throw(int r)
{
    printf("MAGIC PRINT\n");

    static int my_return = 0;
    /* ^ to avoid "an element from initialisation is not a constant" */
    my_return = r;
    /* restituting context saved in try() */
    asm ("movl %0, %%esp"
    : 
    : "r"((*pctx).esp) 
    );

    asm ("movl %0, %%ebp"
    : 
    : "r"((*pctx).ebp) 
    );

    /* this return will go back to main() since we've restored try()'s context
     so the return address is whatever called try... */
    /* my_return is static (=> stored in the heap) so it's not been corrupted,
     unlike r which is now the second parameter received from try()'s context, 
     and who knows what that might be */
    return my_return;
}

pctx 是一个指向包含两个 int 的简单结构的全局指针，f 是一个调用 throw() 的函数，发送一些 #define'd 返回代码到 42，main() 本质上分配 pctx，result=try(f , 0) 并打印结果。我们预计结果为 42。

现在，您可能已经发现了 throw() 中的 MAGIC PRINT。它在这里的原因尚不完全清楚；基本上，大多数(不是全部)学生在 throw() 内出现了段错误；在该函数内调用 printf() 使程序看起来可以正常工作，老师们认为任何系统调用也可以正常工作。

由于我没有真正得到他们的解释，所以我尝试比较两个版本(带和不带 printf())的 gcc -S 生成的汇编代码，但我无法充分理解。在 throw() 的左大括号(第 33 行)处设置断点并使用 gdb 反汇编给了我这个:

没有 printf():

Breakpoint 1, throw (r=42) at main4.c:38
(gdb) disass
Dump of assembler code for function throw:
0x0804845a <throw+0>:   push   %ebp
0x0804845b <throw+1>:   mov    %esp,%ebp
0x0804845d <throw+3>:   mov    0x8(%ebp),%eax
0x08048460 <throw+6>:   mov    %eax,0x8049720
0x08048465 <throw+11>:  mov    0x8049724,%eax
0x0804846a <throw+16>:  mov    (%eax),%eax
0x0804846c <throw+18>:  mov    %eax,%esp
0x0804846e <throw+20>:  mov    0x8049724,%eax
0x08048473 <throw+25>:  mov    0x4(%eax),%eax
0x08048476 <throw+28>:  mov    %eax,%ebp
0x08048478 <throw+30>:  mov    0x8049720,%eax
0x0804847d <throw+35>:  pop    %ebp
0x0804847e <throw+36>:  ret    
End of assembler dump.
(gdb) c
Continuing.

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0xb7e846c0 in ?? ()

使用 printf():

Breakpoint 1, throw (r=42) at main4.c:34
(gdb) disassemble 
Dump of assembler code for function throw:
0x0804845a <throw+0>:   push   %ebp
0x0804845b <throw+1>:   mov    %esp,%ebp
0x0804845d <throw+3>:   sub    $0x18,%esp
0x08048460 <throw+6>:   movl   $0x80485f0,(%esp)
0x08048467 <throw+13>:  call   0x8048364 <puts@plt>
0x0804846c <throw+18>:  mov    0x8(%ebp),%eax
0x0804846f <throw+21>:  mov    %eax,0x804973c
0x08048474 <throw+26>:  mov    0x8049740,%eax
0x08048479 <throw+31>:  mov    (%eax),%eax
0x0804847b <throw+33>:  mov    %eax,%esp
0x0804847d <throw+35>:  mov    0x8049740,%eax
0x08048482 <throw+40>:  mov    0x4(%eax),%eax
0x08048485 <throw+43>:  mov    %eax,%ebp
0x08048487 <throw+45>:  mov    0x804973c,%eax
0x0804848c <throw+50>:  leave  
0x0804848d <throw+51>:  ret    
End of assembler dump.
(gdb) c
Continuing.
MAGIC PRINT
result = 42

Program exited normally.

我真的不知道该怎么办。显然事情正在发生不同的情况，但我发现很难理解这两种情况发生了什么...... 所以我的问题本质上是:调用 printf make 如何抛出而不是段错误？

Answer 1

好吧，这是一个有点松散的分析，因为我看不到 try 部分，但从标准调用约定来看，包含 try 的方法将保存 %esp至%ebp ，减少%esp为局部变量腾出空间并运行“尝试”代码来保存 %esp和%ebp .

通常，当函数退出时，它会使用 leave 恢复这些更改。返回之前。离开就会恢复%ebp进入%esp ，流行 %ebp并做它的返回。这确保 %esp恢复到保留局部变量空间之前的状态。

没有printf版本的问题是它不使用 leave弹出 %ebp无需先将其内容恢复到 %esp 。 ret指令将弹出一个局部变量并返回到该变量。这不是最好的结果。

我怀疑，由于你的函数没有局部变量，编译器认为没有理由恢复 %esp来自%ebp 。自 printf在堆栈上保留空间，编译器知道该版本中 %esp返回之前必须恢复。

如果你想测试理论，只需编译为汇编程序，替换即可；

0x0804847d <throw+35>:  pop    %ebp

带有离开指令并组装结果。它应该也能正常工作。

或者，我怀疑您可以在 asm 指令中向 gcc 指示 %esp已被破坏，从而使其生成休假。

编辑:显然标记%esp因为 clobbered 本质上是 gcc 中的 NOOP :-/