Assembly do IA-32 em ambiente Linux

Transcrição

1 Sistemas de Computação 2013/14 Assembl do IA-32 em ambiete Liu TPC6 e Guião laboratorial Alberto José Proeça Objectivo e otas A lista de eercícios/tarefas propostos o TPC6 / Guião laboratorial aalisa o suporte a estruturas de cotrolo e a fuções em C, o IA-32, com recurso a um depurador (debugger). Os eercícios para serem resolvidos e etregues ates da aula TP estão assialados com uma caia ciza, e repetem-se a última folha. Recomeda-se o uso do mesmo servidor que foi usado a sessão laboratorial aterior, para se garatir coerêcia a aálise e discussão dos resultados. O teto de Itrodução ao GDB debugger, o fim deste guião, cotém iformação pertiete ao fucioameto desta sessão laboratorial, e é uma siopse ultra-compacta do maual; a versão itegral está dispoível o site da GNU, e recomeda-se aida a cosulta dos documetos dispoibilizados as otas de apoio da disciplia (a Web), por se referirem a versões mais compatíveis com as ferrametas istaladas o servidor. Ciclo While 1. Coloque a seguite fução em C um ficheiro com o ome while_loop.c, e eecute apeas a sua compilação para assembl, usado o comado gcc O2 S while_loop.c. 1 it while_loop(it, it, it ) 2 { 3 while (( > 0) & ( < )) { /* Repare o uso do operador & */ 4 += ; 5 *= ; 6 --; 7 } 8 retur ; 9 } a) Cosiderado que os argumetos,, e, passados para a fução, se ecotram respectivamete à distâcia 8, 12 e 16 do edereço especificado em %ebp, preecha a tabela de utilização de registos (semelhate ao eemplo da série Fiboacci); cosidere também a utilização de registos para variáveis temporárias (ão visíveis o código C). Registo Variável Atribuição iicial

2 TPC6: Assembl do IA-32 em Liu - 2 b) Cofirme esta utilização dos registos, directamete o computador. Para tal sugere-se a realização das seguites 5 tarefas: (i) costruir o mai, (ii) iseri-lo o ficheiro que cotém a fução, (iii) procurar o código assembl as istruções que alterem pela 1ª vez registos, (iv) iserir potos de paragem logo a seguir a elas, e (v) eecutar o código de modo a parar esses locais e assim cofirmar os valores os registos. Ei-las: i. Costrua em C um programa simples (mai) que use a fução while_loop, e que ão faça mais do que iicializar umericamete um cojuto de valores que irá depois passar como argumeto para a fução (eperimete 4, 2 e 3, respectivamete). (Sugestão: use variáveis com desigações diferetes das usadas a fução) ii. Complete o ficheiro while_loop.c com o programa mai que elaborou e crie um eecutável proto para ser depurado, usado o comado gcc -Wall O2 -g. iii. Desmote o eecutável com o comado objdump d, aalise o código assembl e idetifique em while_loop, a 1ª istrução (e respectiva localização) logo a seguir a: (i) leitura de cada um dos argumetos da stack (Nota: se o código gerado pelo compilador efectuar esta leitura em 3 istruções cosecutivas, basta etão idetificar apeas a istrução que se segue à última leitura) e (ii) utilização pela 1ª vez de cada um dos registos de 8 bits (para quê?); escreva aqui essas istruções em assembl e respetiva localização: iv. Ivocado o debugger (com gdb <ome_fich_eecutável>), isira potos de paragem (breakpoits) esses edereços, ates da eecução das istruções; eplicite aqui os comados usados (e registe o º de breakpoit atribuído a cada edereço): v. Valide o cojuto de atribuições aos registos, preechedo esta tabela sem eecutar qualquer código (apeas com base a aálise do código). Depois, cofirme esses valores eecutado o programa detro do debugger e, após cada paragem um breakpoit, visualizado o coteúdo dos registos (com prit $reg, ou com ifo registers; de otar que o gdb apeas aceita especificação de registos de 32 bits). Registo Variável Break1 Break_ Break_ Break_ Break_

3 TPC6: Assembl do IA-32 em Liu - 3 c) (R/B) Com base os argumetos passados para a fução while_loop (o mai), é possível estimar quatas vezes o loop é eecutado a fução. Para cofirmar esse valor, uma técica é itroduzir um breakpoit a istrução de salto codicioal de regresso ao iício do loop. Idique o que deve fazer depois para cofirmar o º de eecuções do loop. d) (A/R) Cosiderado que a stack cresce para cima, pretede-se costruir o diagrama da stack frame da fução while_loop com o má. de idicações (edereços e coteúdos; pode ser em headecimal), logo após a eecução da istrução ates do 2º breakpoit. Comete cada um dos coteúdos da stack frame (por e., "edereço de regresso"). Costrua assim esse diagrama: (i) estimado os valores ates da eecução do código, e (ii) cofirmado posteriormete esses valores, usado o depurador durate a eecução do código. Note que este diagrama, cada caia represeta um bloco de 32-bits em 4 células. Edereço de regresso e) (A/R) Idetifique a epressão de teste e o corpo do ciclo while (bod-statemet) o bloco do código C, e assiale as lihas de código o programa em assembl que lhe são correspodetes. Que otimizações foram feitas pelo compilador? f) (R) Escreva uma versão do tipo goto (em C) da fução, com uma estrutura semelhate ao do código assembl (tal como foi feito para a série Fiboacci). (Para fazer depois da sessão laboratorial)

4 TPC6: Assembl do IA-32 em Liu - 4 Aeo: Itrodução ao GNU debugger O GNU debugger GDB dispoibiliza um cojuto de fucioalidades úteis a aálise e avaliação do fucioameto de programas em liguagem máquia, durate a sua eecução; permite aida a eecução cotrolada de um programa, com idicação eplícita de quado iterromper essa eecução através de breakpoits, ou em eecução passo-a-passo e possibilitado a aálise do coteúdo de registos e de posições de memória, após cada iterrupção. Use o GDB para cofirmar as tabelas de utilização de registos e o valor dos argumetos os eercícios. Nota: utilize primeiro objdump para obter uma versão desmotada do programa. A tabela/figura seguite (de CSAPP) ilustra a utilização de algus dos comados mais comus para o IA-32. Commad Effect Startig ad Stoppig quit Eit GDB ru Ru our program (give commad lie argum. here) kill Stop our program Breakpoits break sum Set breakpoit at etr to fuctio sum break *080483c3 Set breakpoit at address c3 disable 3 Disable breakpoit 3 eable 2 Eable breakpoit 2 clear sum Clear a breakpoit at etr to fuctio sum delete 1 Delete breakpoit 1 delete Delete all breakpoits Eecutio stepi Eecute oe istructio stepi 4 Eecute four istructios eti Like stepi, but proceed through fuctio calls cotiue Resume eecutio fiish Ru util curret fuctio returs Eamiig code disas Disassemble curret fuctio disas sum Disassemble fuctio sum disas b7 Disassemble fuctio aroud address b7 disas b c7 Disassemble code withi specified address rage prit / $eip Prit program couter i he Eamiig data prit $ea Prit cotets of %ea i decimal prit / $ea Prit cotets of %ea i he prit /t $ea Prit cotets of %ea i biar prit 0100 Prit decimal represetatio of 0100 prit / 555 Prit he represetatio of 555 prit / ($ebp+8) Prit cotets of %ebp plus 8 i he prit *(it *) 0bffff890 Prit iteger at address 0bffff890 prit *(it *) ($ebp+8) Prit iteger at address %ebp + 8 /2w 0bffff890 Eamie 2(4-bte) words startig at addr 0bffff890 /20b sum Eamie first 20 btes of fuctio sum Useful iformatio ifo frame Iformatio about curret stack frame ifo registers Values of all the registers help Get iformatio about GDB Figure 3.27: Eample GDB Commads. These eamples illustrate some of the was GDB supports debuggig of machie-level programs.

5 TPC6: Assembl do IA-32 em Liu - 5 Nº Nome: Turma: Resolução dos eercícios 1. Aálise do código em assembl 1 it while_loop(it, it, it ) 2 { 3 while (( > 0) & ( < )) { /* Repare o uso do operador & */ 4 += ; 5 *= ; 6 --; 7 } 8 retur ; 9 } Código otimizado em assembl: Registo Variável Atribuição iicial Código C de um programa simples (mai) que usa a fução while_loop :