Lab_1：練習5——實現函數調用堆棧跟蹤函數（轉載）

題目：實現函數調用堆棧跟蹤函數

咱們須要在lab1中完成kdebug.c中函數print_stackframe的實現，能夠經過函數print_stackframe來跟蹤函數調用堆棧中記錄的返回地址。若是可以正確實現此函數，可在lab1中執行 「make qemu」後，在qemu模擬器中獲得相似以下的輸出：

 1 ebp:0x00007b28 eip:0x00100992 args:0x00010094 0x00010094 0x00007b58 0x00100096
 2 kern/debug/kdebug.c:305: print_stackframe+22
 3 ebp:0x00007b38 eip:0x00100c79 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007ba8
 4 kern/debug/kmonitor.c:125: mon_backtrace+10
 5 ebp:0x00007b58 eip:0x00100096 args:0x00000000 0x00007b80 0xffff0000 0x00007b84
 6 kern/init/init.c:48: grade_backtrace2+33
 7 ebp:0x00007b78 eip:0x001000bf args:0x00000000 0xffff0000 0x00007ba4 0x00000029
 8 kern/init/init.c:53: grade_backtrace1+38
 9 ebp:0x00007b98 eip:0x001000dd args:0x00000000 0x00100000 0xffff0000 0x0000001d
10 kern/init/init.c:58: grade_backtrace0+23
11 ebp:0x00007bb8 eip:0x00100102 args:0x0010353c 0x00103520 0x00001308 0x00000000
12 kern/init/init.c:63: grade_backtrace+34
13 ebp:0x00007be8 eip:0x00100059 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c53
14 kern/init/init.c:28: kern_init+88
15 ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d73 args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8
16 <unknow>: -- 0x00007d72 –

請完成實驗，看看輸出是否與上述顯示大體一致，並解釋最後一行各個數值的含義。

提示：可閱讀小節「函數堆棧」，瞭解編譯器如何創建函數調用關係的。在完成lab1編譯後，查看lab1/obj/bootblock.asm，瞭解bootloader源碼與機器碼的語句和地址等的對應關係；查看lab1/obj/kernel.asm，瞭解 ucore OS源碼與機器碼的語句和地址等的對應關係。

要求完成函數kern/debug/kdebug.c::print_stackframe的實現，提交改進後源代碼包（能夠編譯執行） ，並在實驗報告中簡要說明實現過程，並寫出對上述問題的回答。

補充材料：
因爲顯示完整的棧結構須要解析內核文件中的調試符號，較爲複雜和繁瑣。代碼中有一些輔助函數可使用。例如能夠經過調用print_debuginfo函數完成查找對應函數名並打印至屏幕的功能。具體能夠參見kdebug.c代碼中的註釋。

解答

　　代碼實現

　　  1.編程前，首先了解下當前狀況：在Terminal下輸入make qemu，發現打印如下信息後就退出了：

 1 along:~/src/ucore/labcodes/lab1$ sudo make qemu  2 WARNING: Image format was not specified for 'bin/ucore.img' and probing guessed raw.  3          Automatically detecting the format is dangerous for raw images, write operations on block 0 will be restricted.  4          Specify the 'raw' format explicitly to remove the restrictions.  5 (THU.CST) os is loading ...  6 
 7 Special kernel symbols:  8   entry  0x00100000 (phys)  9   etext  0x001036f3 (phys) 10   edata  0x0010e950 (phys) 11   end    0x0010fdc0 (phys) 12 Kernel executable memory footprint: 64KB

 

　　2.分析print_stackframe的函數調用關係

1 kern_init ->
2     grade_backtrace ->
3         grade_backtrace0(0, (int)kern_init, 0xffff0000) ->
4                 grade_backtrace1(0, 0xffff0000) ->
5                     grade_backtrace2(0, (int)&0, 0xffff0000, (int)&(0xffff0000)) ->
6                         mon_backtrace(0, NULL, NULL) ->
7                             print_stackframe ->                         

 

       3.找到print_stackframe函數，發現函數裏面的註釋已經提供了十分詳細的步驟，基本上按照提示來作就好了。代碼以下所示。

• 首先定義兩個局部變量ebp、esp分別存放ebp、esp寄存器的值。這裏將ebp定義爲指針，是爲了方便後面取ebp寄存器的值。
• 調用read_ebp函數來獲取執行print_stackframe函數時ebp寄存器的值，這裏read_ebp必須定義爲inline函數，不然獲取的是執行read_ebp函數時的ebp寄存器的值。
• 調用read_eip函數來獲取當前指令的位置，也就是此時eip寄存器的值。這裏read_eip必須定義爲常規函數而不是inline函數，由於這樣的話在調用read_eip時會把當前指令的下一條指令的地址（也就是eip寄存器的值）壓棧，那麼在進入read_eip函數內部後即可以從棧中獲取到調用前eip寄存器的值。
• 因爲變量eip存放的是下一條指令的地址，所以將變量eip的值減去1，獲得的指令地址就屬於當前指令的範圍了。因爲只要輸入的地址屬於當前指令的起始和結束位置之間，print_debuginfo都能搜索到當前指令，所以這裏減去1便可。
• 之後變量eip的值就不能再調用read_eip來獲取了（每次調用獲取的值都是相同的），而應該從ebp寄存器指向棧中的位置再往上一個單位中獲取。
• 因爲ebp寄存器指向棧中的位置存放的是調用者的ebp寄存器的值，據此能夠繼續順藤摸瓜，不斷回溯，直到ebp寄存器的值變爲0

 

 1 void print_stackframe(void) {  2  uint32_t *ebp = 0;  3  uint32_t esp = 0;  4 
 5  ebp = (uint32_t *)read_ebp();  6  esp = read_eip();  7 
 8  while (ebp)  9  { 10      cprintf("ebp:0x%08x eip:0x%08x args:", (uint32_t)ebp, esp); 11      cprintf("0x%08x 0x%08x 0x%08x 0x%08x\n", ebp[2], ebp[3], ebp[4], ebp[5]); 12 
13      print_debuginfo(esp - 1); 14 
15      esp = ebp[1]; 16      ebp = (uint32_t *)*ebp; 17  } 18   /* LAB1 YOUR CODE : STEP 1 */
19   /* (1) call read_ebp() to get the value of ebp. the type is (uint32_t); 20  * (2) call read_eip() to get the value of eip. the type is (uint32_t); 21  * (3) from 0 .. STACKFRAME_DEPTH 22  * (3.1) printf value of ebp, eip 23  * (3.2) (uint32_t)calling arguments [0..4] = the contents in address (uint32_t)ebp +2 [0..4] 24  * (3.3) cprintf("\n"); 25  * (3.4) call print_debuginfo(eip-1) to print the C calling function name and line number, etc. 26  * (3.5) popup a calling stackframe 27  * NOTICE: the calling funciton's return addr eip = ss:[ebp+4] 28  * the calling funciton's ebp = ss:[ebp] 29    */
30 }

 

 

        4.編碼完成後，執行make qemu，打印結果以下所示，與實驗指導書的結果相似。

 

 1 ebp:0x00007b38 eip:0x00100bf2 args:0x00010094 0x0010e950 0x00007b68 0x001000a2
 2     kern/debug/kdebug.c:297: print_stackframe+48
 3 ebp:0x00007b48 eip:0x00100f40 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x0010008d
 4     kern/debug/kmonitor.c:125: mon_backtrace+23
 5 ebp:0x00007b68 eip:0x001000a2 args:0x00000000 0x00007b90 0xffff0000 0x00007b94
 6     kern/init/init.c:48: grade_backtrace2+32
 7 ebp:0x00007b88 eip:0x001000d1 args:0x00000000 0xffff0000 0x00007bb4 0x001000e5
 8     kern/init/init.c:53: grade_backtrace1+37
 9 ebp:0x00007ba8 eip:0x001000f8 args:0x00000000 0x00100000 0xffff0000 0x00100109
10     kern/init/init.c:58: grade_backtrace0+29
11 ebp:0x00007bc8 eip:0x00100124 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x0010379c
12     kern/init/init.c:63: grade_backtrace+37
13 ebp:0x00007be8 eip:0x00100066 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c4f
14     kern/init/init.c:28: kern_init+101
15 ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d6e args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8
16     <unknow>: -- 0x00007d6d --

　　解釋最後一行各個參數的含義

最後一行是ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d6e args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8，共有ebp，eip和args三類參數，下面分別給出解釋。

1. ebp:0x0007bf8 此時ebp的值是kern_init函數的棧頂地址，從obj/bootblock.asm文件中知道整個棧的棧頂地址爲0x00007c00，ebp指向的棧位置存放調用者的ebp寄存器的值，ebp+4指向的棧位置存放返回地址的值，這意味着kern_init函數的調用者（也就是bootmain函數）沒有傳遞任何輸入參數給它！由於單是存放舊的ebp、返回地址已經佔用8字節了。

2. eip:0x00007d6e eip的值是kern_init函數的返回地址，也就是bootmain函數調用kern_init對應的指令的下一條指令的地址。這與obj/bootblock.asm是相符合的。

    7d6c:   ff d0                   call   *%eax 7d6e: ba 00 8a ff ff          mov    $0xffff8a00,%edx

args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8 通常來講，args存放的4個dword是對應4個輸入參數的值。但這裏比較特殊，因爲bootmain函數調用kern_init並沒傳遞任何輸入參數，而且棧頂的位置剛好在boot loader第一條指令存放的地址的上面，而args剛好是kern_int的ebp寄存器指向的棧頂往上第2~5個單元，所以args存放的就是boot loader指令的前16個字節！能夠對比obj/bootblock.asm文件來驗證（驗證時要注意系統是小端字節序）。

00007c00 <start>: 7c00: fa cli 7c01: fc cld 7c02: 31 c0                   xor    %eax,%eax 7c04: 8e d8 mov %eax,%ds 7c06: 8e c0 mov %eax,%es 7c08: 8e d0 mov %eax,%ss 7c0a: e4 64                   in     $0x64,%al 7c0c: a8 02                   test   $0x2,%al 7c0e: 75 fa                   jne    7c0a <seta20.1>

 

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這題實在作不來，見到有位大哥作得不錯，直接轉載了，原文連接以下：

https://www.cnblogs.com/wuhualong/p/ucore_lab1_exercise5_report.html