用 C 和汇编编写一个简单的线程

Question

我正在尝试编写一个简单的用户级线程库，作为我的操作系统类(class)的练习。作为第一步，我试图运行一个程序并跳转到一个离开第一个程序的函数。到目前为止的代码是这样的:

初始程序:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

#define STACK_SIZE (sizeof(void *) * 512)


void proc2() //This is the function that should run as the thread.
{
    int i;
    for(i=0;i<30;i++)
    {
        printf("Here I am!\n");
        sleep(0.5);
    }
    exit(0);
}

void* malloc_stack() //used to malloc the stack for the new thread. 
{
    void *ptr = malloc(STACK_SIZE + 16);
    if (!ptr) return NULL;
        ptr = (void *)(((unsigned long)ptr & (-1 << 4)) + 0x10); //size align
    return ptr;
}

int main()
{
    int *bp, *sp; 
    sp = malloc_stack();
    bp  = (int*) ((unsigned long)sp + STACK_SIZE);
    proc1(&proc2,sp,bp); //the actual code that runs the thread. Written in assembly
    assert(0);
}

然后我编写了一个名为 proc1 的简单汇编代码，它接受三个参数、函数指针(用作指令指针)、堆栈指针和基指针，并用这些值替换当前寄存器。我写的代码是:

.globl  proc1
proc1:   
movq    %rdx, %rbp        #store the new base pointer
movq    %rsi,%rsp         #store the new stack pointer  
jmp     %rdi              #jump to the new instruction pointer.

但是当我运行这段代码时，我得到的是一个段错误。请帮我找出这里的错误。

当我使用以下命令在 GDB 下运行它时，它工作正常:

gcc -g test.c switch.s
gdb a.out
run

但是当它像 ./a.out 一样单独运行时，它不起作用!!!!请帮忙。

提前致谢。

Answer 1

尝试更改代码以直接在 C 源代码中包含汇编指令，如下所示:

void proc1(void (*fun)(), int *sp, int *bp){
    register int *sptr asm ("%rsi") = sp;
    register int *bptr asm ("%rdx") = bp;
    register void (*fptr)() asm ("%rdi") = fun;

    asm (
        "mov %rdx, %ebp\n"
        "mov %rsi, %esp\n"
        "jmp *%rdi\n"
    );
}

上面的代码确保 proc1 的参数在正确的寄存器中(尽管你的代码在 abi 方面似乎是正确的)。请注意 jmp 参数前面的 *，这是我第一次尝试您的代码时警告我的 gnu 版本。

有了上面的函数，以及用-g编译的代码，你应该能够正确地调试它(在proc1上使用breakpoint指令)和 info registers 检查 cpu 的内容)。

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问题实际上是在 %rsp 指针上，它必须始终等于或大于 %rbp(堆栈向下增长).简单地将 bp 而不是 sp 传递给 main 中的 proc1 应该可以解决问题:

 proc1(&proc2, bp, bp);

2个小备注:

• 不要忘记在 asm 版本的 C 代码中给出 proc1 原型(prototype):

  extern void proc1(void (*)(), int *, int *);
  

• sleep libc 函数只接受unsigned long，不接受float。

  sleep(1);