操作系统 - 系统以下

物理内存 vs 程序员眼中的内存

内存的物理机制

• 内部部分
  • 内存集成电路
• 引脚 (接口) 部分
  • 有多个电路引脚 (以那种单片机上黑色的22引脚的小内存为例)
    • (2) VCC 电源，GND 电源
    • (10) A0-A9 地址信号引脚。= 10位 = 1024个地址 = 索引1024Byte的空间
    • (8) D0-D7 数据信号引脚。= 8位 = 一字节 = 每个地址可以存储8个字节
    • (2) RD WR 控制信号引脚。即读还是写
  • 信号引脚中，通过5V高电平，0V低电平，来表示10
  • 顺序
    • 写则依次：(1) 指定地址、(2) 输入数据、(3) 将WR设为1
    • 读则依次：(1) 制定地址、(2) 将RD设为1、(3) 从数据引脚中获取

字节序

详见CSAPP或内存管理相关笔记

高级语言、汇编语言、机器语言

略，详见CSAPP

objdump -d -S hello.o // -S可以看对应的C语言语句

不过还是Godbolt香 （戈伯特）

CPU执行过程

物理

集成电路，根据指令处理各种处理的电子电路，每个指令对对应相应的电子电路工作

• 控制器：负责传入寄存器，得到结果后控制计算机
• 寄存器 (20~100个)：暂存指令、数据等（PC(计数器)有可能也在这个位置，例如IP就是指令指针寄存器）
• 运算器：运算

流程

1. 读取：CPU从内存中读取指令
2. 解码：将10串拆成操作码和操作数，知道要去执行什么操作
3. 执行
4. （循环，根据计数器(PC)循环）

CPU指令集

• arm架构CPU
• X86架构CPU

查看CPU架构

• windows：systeminfo，找 "系统类型" 一栏
• linux：lscpu，找 "Architecture" 一栏

常用指令

详见SCAPP

• mov A,B
• add A,B
• push A
• pop A
• call A
• ret 无

常用操作数

• 寄存器
  • rbp (register base pointer)：栈基址寄存器（栈帧指针），指向当前帧的栈底地址
  • rsp (register stack pointer)：栈顶寄存器（栈指针），指向栈顶元素
  • (函数调用时会使用上面两个)
  • rip：存储下一条指令的内存地址
• 内存
• 常数

程序 - 机器码 的对应

函数调用

int mod(int a, int b) {
    return a % b;
}

int add(int a, int b) {
    int res = mod(a, b);
    return res + b;
}

void main() {
    int a = 3;
    int b = 2;
    int c = add(a, b);
}

函数调用栈

• 函数调用链：main -> add -> mod -> add -> main
• 每个栈帧会包含：
  • 参数值
  • 局部变量
  • 返回地址 (出栈时使用，并返回对应的位置)

汇编：

000000000000000 <mod>
	push rbp			# 栈基址
	mov rbp, rsp
	……
	pop rbp				# 将rbp和rsp退出上一个栈中。退回地址：rbp退回到他指向的地址
	ret					# 回调。回调地址：rip存着
	
000000000000015 <add>
	push rbp			# 栈基址
	mov rbp, rsp
	……
	call 32 <add+0x1d>	# 调用mod函数
	mov DWORD PTR [rbp-0x4], eax
	……
	leave				# = mov rbp, rsp + pop rbp
	ret
	
00000000000003f <main>
	push rbp			# 栈基址
    mov rbp, rsp
	……
	call 64 <main+0x25>	# 调用add函数
	mov DWORD PTR [rbp-0xc], eax
	leave
	ret

main函数不是第一个被调用的函数，被名为start函数调用。在执行main函数之前，就已经存在栈帧了

其他指令

if 指令

void main() {
    int a = 3;
    int a = 2;
    int c;
    if (a == b) {
        c = a + b;
    } else {
        c = a - b;
    }
    return c;
}

汇编

000000000000000 <main>
	push rbp
	mov rbp, rsp
	# int a = 3;
    mov DWORD PTR [rbp-0x8], 0x3
    # int b = 2;
    mov DWORD PTR [rbp-0xc], 0x2
    # int c;
    # if (a == b) {
    mov eax, DWORD PTR [rbp-0x8]
    cmp eax, DWORD PTR [rbp-0xc]	# cmp =compare，比较结果放在条件码寄存器（标志位寄存器）
    jne 27 <main+0x27>				# jnp = jump if not equal，会去查看条件寄存器的零标志位
    mov eax, DWORD PTR [rbp-0xc]
    	# c = a+b;
    mov edx, DWORD PTR [rbp-0x8]
    add eax, edx
    mov DWORD PTR [rbp-0x4], eax
    jmp 34 <main+0x34>
    # } else {
    #  	  c = a - b
0x0027
	mov eax, DWORD PTR [rbp-0xc]
	mov edx, DWORD PTR [rbp-0x8]
	sub edx, eax
	mov eax, edx
	mov DWORD PTR [rbp-0x4], eax
	# }
	# return c;
0x0034
	mov eax, DWORD PTR [rbp-0x4]
	# }
	pop rbp
	ret

for 指令

int main() {
    int a = 0;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        a += i;
    }
    return a;
}

汇编

000000000000000 <main>
	push rbp
	mov rbp, rsp
	# int a = 0;
	mov DWORD PTR [rbp-0x4], 0x0
	# for (int i = 0; i < 3; i++) {
	mov DWORD PTR [rbp-0x8], 0x0
	jmp 1e <main+0x1e>
	#     a += i;
0x0014
	mov eax, DWORD PTR [rbp-0x8]
	add DWORD PTR [rbp-0x4], eax
	# int main() {
	#     int a = 0;
	#     for (int i = 0; i < 3; i++) {
	add DWORD PTR [rbp-0x8], 0x1
0x001e
    cmp DWORD PTR [rbp-0x8], 0x2
    jle 14 <main+0x14>
	#         a += i;
	#     }
	#     return a;
	mov eax, DWORD PTR [rbp-0x8], 0x4
	# }
	pop rbp
	ret

goto

C语言有个goto指令，可以代替条件控制。用那个来代替 if、for 等流程控制（或者说在流程控制出来前就是这样做的），应该就很好理解了