Sistemas Operacionais. Pilha de execução Volnys B. Bernal 1. Agenda. Pilha de execução. Os problemas. Os problemas.

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1 Volns Bernal Volns Bernal 2 Agenda Volns Borges Bernal volns@lsi.u.br Os problemas Controle do endereço de retorno da função Controle do quadro da pilha de Departamento de Sistemas Eletrônicos (PSI) Escola Politécnica da USP Volns Bernal Volns Bernal 4 Os problemas Os problemas 1 - Retorno de subrotina (função) Quando uma subrotina (função) é ativada, o controle da deve ser transferido para a instrução inicial da subrotina. b() void b() Ao termino da subrotina, a próima instrução a ser eecutada deve ser a instrução posterior à instrução que ativou a subrotina Volns Bernal Volns Bernal 6 Os problemas 2 Variáveis locais As variáveis locais e parâmetros passados para a função devem eistir somente enquanto durar a função. Os problemas 3 Instâncias independentes Cada instância de uma subrotina deve possuir suas próprias instâncias de variáveis locais e parâmetros. b void b(int ) int i b b void b(int ) int i If ( ) b(k) void b(int ) int i If ( ) b(k) Volns B. Bernal 1

2 Volns Bernal Volns Bernal 8 Finalidade Realizar o controle da de subrotinas de um programa: 1. Controle do endereço de retorno da função; 2. Passagem dos valores dos argumento da função; 3. à função. Descrição Eaço de memória eecialmente reservado para organização de uma pilha de quadros (frame) de ativação (ou registro de ativação). Cada quadro (frame) correonde ao controle da ativação de uma função; Esta pilha de quadros é usada como memória auiliar durante a do programa Volns Bernal Volns Bernal 1 É reservado na memória virtual uma área eclusiva para a pilha de. b() função a() Volns Bernal Volns Bernal 12 b() void b() c() função b() função a() b() void b() c() void c() função c() função b() função a() Volns B. Bernal 2

3 Volns Bernal Volns Bernal 14 Suporte pelo processador Instruções eeciais para subrotinas: CALL Chamada de subrotina: o Desvia o controle para uma subrotina salvando o endereço de retorno (endereço da próima instrução) no topo da pilha. - Retorno de uma subrotina: o O controle do programa (PC) é transferido para o valor desempilhando do topo da pilha Controle do endereço de retorno da função Registradores eeciais para controle da pilha de : SP (stack pointer): Contém o endereço do topo da pilha de Volns Bernal Volns Bernal 16 Controle do endereço de retorno Realizado pelas instruções CALL e Controle do endereço de retorno de funcionamento das instruções CALL e Programa em C void f1() Programa em assembler f2() void f2() Volns Bernal Volns Bernal 18 Controle do endereço de retorno de funcionamento das instruções CALL e Controle do endereço de retorno de funcionamento das instruções CALL e A instrução CALL salva o endereço de retorno (endereço da instrução após CALL) na pilha de e transfere o controle para f2. A instrução retira o valor contido no topo da pilha de (endereço de retorno) e transfere o controle para o endereço representado por este valor Volns B. Bernal 3

4 Volns Bernal Volns Bernal 2 Passagem dos valores dos argumento da função A pilha de é utilizada, também, para passagem dos argumentos da função. Os valores dos argumentos são inseridos na pilha de antes da ativação da instrução CALL Volns Bernal Volns Bernal 22 void f2(int a, int b) int f1() f2(,); Volns Bernal Volns Bernal Volns B. Bernal 4

5 Volns Bernal Volns Bernal Volns Bernal Volns Bernal Volns Bernal Volns Bernal 3 Variáreis locais também são alocadas na pilha de. As variáveis locais de uma função ficam alocadas no quadro da reectiva função na pilha de Volns B. Bernal 5

6 Volns Bernal Volns Bernal 32 void f2(int a, int b) int ; int f1() f2(,); Volns Bernal Volns Bernal 34 X =4 btes Volns Bernal Volns Bernal Volns B. Bernal 6

7 Volns Bernal Volns Bernal 38 Controle do quadro da pilha de de quadro da pilha Controle do quadro da pilha de void f2(int a, int b) int ; int ; Variáveis locais Endereço de retorno Argurmentos da função f2 int f1() f2(,); da função f Volns Bernal Volns Bernal 4 Mostre graficamente a evolução da área de dados e da pilha de decorrente da do programa a seguir: int i; int mfunction(int ) = + 2; printf( %d\n,); int main(int argc, char **argv) i = i + 3; mfuncion(i); Volns Bernal Volns Bernal 42 i const3 %d\n Área de dados Volns B. Bernal 7

8 Volns Bernal Volns Bernal 44 Mostre graficamente a evolução da área de dados e da pilha de decorrente da do programa fatorial para o cálculo de fatorial de 3. #include <stdio.h> char versao[] = "2.1"; int n; int resultado; int fatorial (int ) int ; if ( <= 1) = 1; else = * fatorial(-1); return(); int main(int argc, char **argv) printf("programa fatorial, versao %s \n", versao); printf("entre com o valor: " ); scanf("%d",&n); resultado = fatorial(n); printf("resultado: %d \n",resultado); Volns Bernal Volns Bernal 46 Controle do quadro da pilha de Controle do quadro da pilha de na arquitetura Intel Pentium - Processador Intel Pentium Registradores eeciais: Registrador ESP: contém o endereço do topo da pilha Registrador EBP: contém a base do quadro Sentido do crescimento da pilha Por motivos históricos, a pilha geralmente cresce em direção aos endereços menores de memória. Assim, para alocar eaço para um endereço na pilha, devemos subtrair 4 de ESP no Pentium (um endereço no Intel Pentium ocupa 4 btes!). Para desalocar devemos somar 4 ao ESP Volns Bernal Volns Bernal 48 Controle do quadro da pilha de Controle do quadro da pilha de Arquitetura Intel Pentium void troca (int *, int *) int tmp; Registrador ebp O registrador ebp é utilizado como referência para o quadro de ativação corrente O código gerado por um compilador na de uma chamada de função começa com: pushl %ebp movl %e,%ebp E termina com: movl %ebp,%e popl %ebp tmp = *; * = *; * = tmp; troca: push %ebp mov %e, %ebp sub $4, %e /* reserva eaço na pilha para tmp */ mov 8(%ebp), %ea /* 1o parâmetro: endereço de */ mov (%ea), %ed /* pega valor de */ mov %ed, -4(%ebp) /* tmp = * */ mov 12(%ebp), %eb /* 2o parâmetro: endereço de */ mov (%eb), %ed /* pega valor de */ mov %ed, (%ea) /* * = * */ mov -4(%ebp), %ed /* leitura do valor de tmp */ mov %ed, (%eb) /* * = tmp */ mov %ebp, %e pop %ebp ret Volns B. Bernal 8

9 Volns Bernal Volns Bernal 5 Controle do quadro da pilha de Controle do quadro da pilha de troca: push %ebp mov %e, %ebp sub $4, %e mov 8(%ebp), %ea mov (%ea), %ed mov %ed,-4(%ebp) mov 12(%ebp), %eb mov (%eb), %ed mov %ed, (%ea) mov -4(%ebp), %ed mov %ed, (%eb) mov %ebp, %e pop %ebp ret e local2 local1 ebp troca: push %ebp mov %e, %ebp sub $4, %e mov 8(%ebp), %ea mov (%ea), %ed mov %ed,-4(%ebp) mov 12(%ebp), %eb mov (%eb), %ed mov %ed, (%ea) mov -4(%ebp), %ed mov %ed, (%eb) mov %ebp, %e pop %ebp ret e local2 local1 ebp arg1 arg1 arg2 arg Volns Bernal Volns Bernal 52 Controle do quadro da pilha de Controle do quadro da pilha de troca: push %ebp mov %e, %ebp sub $4, %e mov 8(%ebp), %ea mov (%ea), %ed mov %ed,-4(%ebp) mov 12(%ebp), %eb mov (%eb), %ed mov %ed, (%ea) mov -4(%ebp), %ed mov %ed, (%eb) mov %ebp, %e pop %ebp ret local2 local1 e ebp troca: push %ebp mov %e, %ebp sub $4, %e mov 8(%ebp), %ea mov (%ea), %ed mov %ed,-4(%ebp) mov 12(%ebp), %eb mov (%eb), %ed mov %ed, (%ea) mov -4(%ebp), %ed mov %ed, (%eb) mov %ebp, %e pop %ebp ret tmp local2 local1 e ebp arg1 arg1 arg2 arg Volns Bernal Volns Bernal 54 Controle do quadro da pilha de Endereços: -4(%ebp) variável local tmp 8(%ebp) parâmetro 12(%ebp) parâmetro tmp - 4 btes ebp 8 btes 12 btes local2 local1 arg1 arg Volns B. Bernal 9

10 Volns Bernal Volns Bernal 56 Seja a configuração da pilha em um processador Intel Pentium (little endian) mostrada no próimo slide. Suponha o valor do registrador ea = A1B2C3D4 (he) Qual é a configuração da pilha de após a da instrução a seguir? pushl %ea (empilha os 4 btes que representam o valor contido no registrador ea) Memória A 4 B 4 C 4 D 4 E 4 F 4 1 e Volns Bernal Volns Bernal 58 Memória A 4 B 4 C 4 D 4 E 4 F 4 1 D4 C3 B2 A1 e Em relação ao slide anterior, qual é a configuração da pilha de após a da seguinte instrução: popl %ea (desempilha 4 btes do topo da pilha e armazena no registrador ea) Volns Bernal Volns Bernal 6 Memória Memória D4 C3 B2 A1 e e A 4 B 4 C 4 D 4 E A 4 B 4 C 4 D 4 E 4 F F Volns B. Bernal 1

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