为什么X86-64 GCC功能序言分配的堆栈比局部变量少



考虑以下简单程序:

int main(int argc, char **argv)
{
        char buffer[256];
        buffer[0] = 0x41;
        buffer[128] = 0x41;
        buffer[255] = 0x41;
        return 0;
}

在X86-64机器上使用GCC 4.7.0编译。用GDB拆卸Main()给出:

0x00000000004004cc <+0>:     push   rbp
0x00000000004004cd <+1>:     mov    rbp,rsp
0x00000000004004d0 <+4>:     sub    rsp,0x98
0x00000000004004d7 <+11>:    mov    DWORD PTR [rbp-0x104],edi
0x00000000004004dd <+17>:    mov    QWORD PTR [rbp-0x110],rsi
0x00000000004004e4 <+24>:    mov    BYTE PTR [rbp-0x100],0x41
0x00000000004004eb <+31>:    mov    BYTE PTR [rbp-0x80],0x41
0x00000000004004ef <+35>:    mov    BYTE PTR [rbp-0x1],0x41
0x00000000004004f3 <+39>:    mov    eax,0x0
0x00000000004004f8 <+44>:    leave  
0x00000000004004f9 <+45>:    ret    

当缓冲区为256字节时,为什么仅使用0x98 = 152d sub rsp?当我将数据移动到缓冲区[0]时,它似乎只是在分配的堆栈帧之外使用数据并使用RBP来引用,那么Sub RSP的点是什么,0x98?

另一个问题,这些行有什么作用?

0x00000000004004d7 <+11>:    mov    DWORD PTR [rbp-0x104],edi
0x00000000004004dd <+17>:    mov    QWORD PTR [rbp-0x110],rsi

为什么需要保存EDI而不是RDI?我看到它将其移至C代码中分配的缓冲区的最大范围之外。同样令人感兴趣的是为什么两个变量之间的三角洲如此之大。由于EDI只有4个字节,为什么它需要两个变量的12个字节分离?

linux使用的x86-64 ABI(以及其他一些OS,尤其是不是 Windows,它具有不同的ABI)定义了"红色区域"在堆栈指针下方的128个字节中,保证不会被信号或中断处理程序触摸。(见图3.3和§3.2.2。)

因此,叶子功能(即一个不称呼其他任何东西的功能)可能会将此区域用于所需的任何东西 - 它不做任何像call那样将数据放在堆栈指针上的事情;任何信号或中断处理程序都会遵循ABI,并在存储任何内容之前至少将堆栈指针删除至少128个字节。

(较短的指令编码可用于签名的8位位移,因此红色区域的重点是增加了叶子函数可以使用这些较短的说明访问的本地数据量。)

这就是这里发生的事情。

但是...此代码不利用这些较短的编码(它使用rbp而不是rsp的偏移)。为什么不?它还完全不必要地保存了edirsi - 您问为什么它保存edi而不是rdi,但是为什么完全保存它?

答案是编译器正在生成真正的crummy代码,因为没有启用优化。如果启用任何优化,您的整个功能可能会崩溃至:

mov eax, 0
ret

因为这实际上就是它需要做的:buffer[]是本地的,因此对其进行的更改将永远不会可见,因此可以优化。除此之外,所有功能都需要做的是返回0。


所以,这是一个更好的例子。此功能是完全胡说八道的,但使用类似的数组,同时做得足以确保一切都不会被优化:

$ cat test.c
int foo(char *bar)
{
    char tmp[256];
    int i;
    for (i = 0; bar[i] != 0; i++)
      tmp[i] = bar[i] + i;
    return tmp[1] + tmp[200];
}

通过一些优化编译,您可以看到红色区域的类似用途,除了这一次,它确实确实使用了rsp的偏移:

$ gcc -m64 -O1 -c test.c
$ objdump -Mintel -d test.o
test.o:     file format elf64-x86-64

Disassembly of section .text:
0000000000000000 <foo>:
   0:   53                      push   rbx
   1:   48 81 ec 88 00 00 00    sub    rsp,0x88
   8:   0f b6 17                movzx  edx,BYTE PTR [rdi]
   b:   84 d2                   test   dl,dl
   d:   74 26                   je     35 <foo+0x35>
   f:   4c 8d 44 24 88          lea    r8,[rsp-0x78]
  14:   48 8d 4f 01             lea    rcx,[rdi+0x1]
  18:   4c 89 c0                mov    rax,r8
  1b:   89 c3                   mov    ebx,eax
  1d:   44 28 c3                sub    bl,r8b
  20:   89 de                   mov    esi,ebx
  22:   01 f2                   add    edx,esi
  24:   88 10                   mov    BYTE PTR [rax],dl
  26:   0f b6 11                movzx  edx,BYTE PTR [rcx]
  29:   48 83 c0 01             add    rax,0x1
  2d:   48 83 c1 01             add    rcx,0x1
  31:   84 d2                   test   dl,dl
  33:   75 e6                   jne    1b <foo+0x1b>
  35:   0f be 54 24 50          movsx  edx,BYTE PTR [rsp+0x50]
  3a:   0f be 44 24 89          movsx  eax,BYTE PTR [rsp-0x77]
  3f:   8d 04 02                lea    eax,[rdx+rax*1]
  42:   48 81 c4 88 00 00 00    add    rsp,0x88
  49:   5b                      pop    rbx
  4a:   c3                      ret    

现在,让我们通过插入一个呼叫对另一个函数的调用来进行稍作调整,因此foo()不再是叶子功能:

$ cat test.c
extern void dummy(void);  /* ADDED */
int foo(char *bar)
{
    char tmp[256];
    int i;
    for (i = 0; bar[i] != 0; i++)
      tmp[i] = bar[i] + i;
    dummy();  /* ADDED */
    return tmp[1] + tmp[200];
}

现在无法使用红色区域,因此您会看到更多类似的东西最初预期:

$ gcc -m64 -O1 -c test.c
$ objdump -Mintel -d test.o
test.o:     file format elf64-x86-64

Disassembly of section .text:
0000000000000000 <foo>:
   0:   53                      push   rbx
   1:   48 81 ec 00 01 00 00    sub    rsp,0x100
   8:   0f b6 17                movzx  edx,BYTE PTR [rdi]
   b:   84 d2                   test   dl,dl
   d:   74 24                   je     33 <foo+0x33>
   f:   49 89 e0                mov    r8,rsp
  12:   48 8d 4f 01             lea    rcx,[rdi+0x1]
  16:   48 89 e0                mov    rax,rsp
  19:   89 c3                   mov    ebx,eax
  1b:   44 28 c3                sub    bl,r8b
  1e:   89 de                   mov    esi,ebx
  20:   01 f2                   add    edx,esi
  22:   88 10                   mov    BYTE PTR [rax],dl
  24:   0f b6 11                movzx  edx,BYTE PTR [rcx]
  27:   48 83 c0 01             add    rax,0x1
  2b:   48 83 c1 01             add    rcx,0x1
  2f:   84 d2                   test   dl,dl
  31:   75 e6                   jne    19 <foo+0x19>
  33:   e8 00 00 00 00          call   38 <foo+0x38>
  38:   0f be 94 24 c8 00 00    movsx  edx,BYTE PTR [rsp+0xc8]
  3f:   00 
  40:   0f be 44 24 01          movsx  eax,BYTE PTR [rsp+0x1]
  45:   8d 04 02                lea    eax,[rdx+rax*1]
  48:   48 81 c4 00 01 00 00    add    rsp,0x100
  4f:   5b                      pop    rbx
  50:   c3                      ret    

(请注意,在第一种情况下,tmp[200]在签名的8位位移范围内,但不在此情况下。)

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