Ensamblador x86: lazos y procedimientos

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1 Ensamblador x86: lazos y procedimientos Lección 5 Ing. Jorge Castro-Godínez MT7003 Microprocesadores y Microcontroladores Área de Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Costa Rica I Semestre 2014 Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 1 / 52

2 Contenido 1 Lazos o ciclos 2 Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 2 / 52

3 Transformación de lazos o ciclos Cómo transformar lazos de una forma directa? Estar seguro de dónde debe estar (u ocurrir) el salto condicional: al tope o al fondo del lazo. Cómo sería implementar for(i=0;i<100;i++? while ( sum!= 0 ) { <loop body> } looptop: cmpl $0, %eax je loopdone <loop body code> jmp looptop loopdone: Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 3 / 52

4 Lazo do-while Se emplea un salto hacia atrás para continuar con el lazo. Solo toma un salto cuando la condición del while se conserva. int fact_do(int x) { int result = 1; do { result *= x; x = x-1; } while (x > 1); return result; } int fact_goto(int x) { int result = 1; loop: result *= x; x = x-1; if (x > 1) goto loop; return result; } Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 4 / 52

5 Compilación de lazo do-while int fact_goto(int x) { int result = 1; loop: result *= x; x = x-1; if (x > 1) goto loop; %edx x %eax result fact_goto: pushl %ebp # Setup movl,%ebp # Setup movl $1,%eax # eax = 1 movl 8(%ebp),%edx # edx = x.l11: imull %edx,%eax # result *= x decl %edx # x-- cmpl $1,%edx # Compare x : 1 jg.l11 # if > goto loop } return result; movl %ebp, # Finish popl %ebp # Finish ret # Finish Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 5 / 52

6 Traducción del lazo do-while do while ( ); loop: if ( ) goto loop Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 6 / 52

7 Traducción del lazo while int fact_while(int x) { int result = 1; while (x > 1) { result *= x; x = x-1; }; return result; } int fact_while_goto(int x) { int result = 1; goto middle; loop: result *= x; x = x-1; middle: if (x > 1) goto loop; return result; } Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 7 / 52

8 Ejemplo del lazo while int fact_while(int x) { int result = 1; while (x > 1) { result *= x; x--; }; return result; } # x in %edx, result in %eax jmp.l34 # goto Middle.L35: # Loop: imull %edx, %eax # result *= x decl %edx # x--.l34: # Middle: cmpl $1, %edx # x:1 jg.l35 # if >, goto # Loop Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 8 / 52

9 Ciclo for (1) /* Compute x raised to nonnegative power p */ int ipwr_for(int x, unsigned int p) { int result; for (result = 1; p!= 0; p = p>>1) { if (p & 0x1) result *= x; x = x*x; } return result; } Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 9 / 52

10 Ciclo for /* Compute x raised to nonnegative power p */ int ipwr_for(int x, unsigned int p) { int result; for (result = 1; p!= 0; p = p>>1) { if (p & 0x1) result *= x; x = x*x; } return result; } (2) result x=3 p= = = = = Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 10 / 52

11 Componentes en el ciclo for int result; for (result = 1; p!= 0; p = p>>1) { if (p & 0x1) result *= x; x = x*x; } for ( ; ; ) result = 1 p!= 0 p = p >> 1 { } if (p & 0x1) result *= x; x = x*x; Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 11 / 52

12 De for a while for ( ; ; ) ; while ( ) { ; } ; goto middle; loop: ; middle: if ( ) goto loop; done: Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 12 / 52

13 De for a while for ( ; ; ) for (result = 1; p!= 0; p = p>>1) { if (p & 0x1) result *= x; x = x*x; } ; goto middle; loop: ; middle: if ( ) goto loop; done: result = 1; goto middle; loop: if (p & 0x1) result *= x; x = x*x; p = p >> 1; middle: if (p!= 0) goto loop; done: Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 13 / 52

14 Disposición de la memoria (1) 2 N -1 Stack local variables; procedure context Dynamic Data (Heap) Static Data variables allocated with new or malloc static variables (including global variables (C)) Literals literals (e.g., example ) 0 Instructions Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 14 / 52

15 Disposición de la memoria (2) writable; not executable Stack Managed automatically (by compiler) writable; not executable Dynamic Data (Heap) Managed by programmer writable; not executable Static Data Initialized when process starts Read-only; not executable Literals Initialized when process starts Read-only; executable Instructions Initialized when process starts Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 15 / 52

16 Pila en IA32 Lazos o ciclos Región de memoria manejada al estilo de una pila. Crece hacia direcciones de memoria menores (es una convención). El registros contiene la dirección más baja de la pila, i.e., el elemento que se encuentra en la dirección al tope de la pila, el último elementos que se colocó en la pila. Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 16 / 52

17 Pila en IA32 Lazos o ciclos Stack Bottom Increasing Addresses Stack Pointer: Stack Grows Down Stack Top Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 17 / 52

18 Push (1) pushl src Stack Bottom Increasing Addresses Stack Pointer: Stack Grows Down Stack Top Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 18 / 52

19 Push (2) pushl src Se toma el valor de src, se decrementa en cuatro, el dato se almacena en la direcciónq ue indica. IA32 Call Stack: Push Stack Bottom Increasing Addresses Stack Pointer: -4 Stack Grows Down Stack Top Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 19 / 52

20 Pop (1) popl dest Stack Bottom Increasing Addresses Stack Pointer: Stack Grows Down Stack Top Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 20 / 52

21 Pop (2) popl dest Se carga el valor apuntado por, se escribe en dest, se incrementa en 4. Stack Bottom Increasing Addresses Stack Pointer: +4 Stack Grows Down Stack Top Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 21 / 52

22 Llamadas a procedimientos (1) Callee debe saber donde encontrar los argumentos Callee debe saber donde encontrar a dirección de retorno Caller debe saber donde encontrar el valor de retorno Caller y Callee se ejecutan en el mismo procesador y, por ende, comparten los mismos registros Caller debe salvar los valores de los registros que Callee pueda usar Callee debe salvar los valores de los registros que Caller haya usado Caller <set up args> call <clean up args> <find return val> Callee <create local vars> <set up return val> <destroy local vars> return Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 22 / 52

23 Llamadas a procedimientos (2) La convención que permite establecer donde colocar o encontrar valores (de registros, valores de retorno) es llamadado procedure call linkage Detalles pueden variar dependiendo del sistema. Caller <save regs> <set up args> call <clean up args> <restore regs> <find return val> Callee <save regs> <create local vars> <set up return val> <destroy local vars> <restore regs> return Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 23 / 52

24 Control de flujo en procedimientos Llamada al procedimiento: call label Hace un push de la dirección de retorno en la pila Salta al label Retorno del procedimiento: ret Hace un pop de la dirección de retorno que se encuentra en la pila Salta a la dirección Dirección de retorno Dirección de la instrucción que se encuentra después del call Ejemplo de instrucciones desensambladas Example from disassembly: e: e8 3d call 8048b90 <main> : 50 pushl %eax 0x Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 24 / 52

25 Ejemplo: llamada de procedimiento (1) e: e8 3d call 8048b90 <main> : 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x10c 0x x108 %eip 0x804854e Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 25 / 52

26 Ejemplo: llamada de procedimiento (2) e: e8 3d call 8048b90 <main> : 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x x x104 0x108 0x108 %eip 0x804854e %eip 0x804854e Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 26 / 52

27 Ejemplo: llamada de procedimiento (3) e: e8 3d call 8048b90 <main> : 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x x x104 0x108 0x108 %eip 0x804854e %eip 0x804854e 0x Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 27 / 52

28 Ejemplo: llamada de procedimiento (4) e: e8 3d call 8048b90 <main> : 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x x x104 0x x108 0x108 0x104 %eip 0x804854e %eip 0x804854e 0x Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 28 / 52

29 Ejemplo: llamada de procedimiento (5) e: e8 3d call 8048b90 <main> : 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x x x104 0x x108 0x108 0x104 %eip 0x804854e %eip 0x x000063d 0x8048b90 Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 29 / 52

30 Ejemplo: retorno de procedimiento (1) : c3 ret ret 0x110 0x10c 0x108 0x x %eip 0x104 0x Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 30 / 52

31 Ejemplo: retorno de procedimiento (2) : c3 ret ret 0x110 0x10c 0x108 0x104 0x110 0x10c 123 0x108 0x x x104 0x104 %eip 0x %eip 0x Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 31 / 52

32 Ejemplo: retorno de procedimiento (3) : c3 ret ret 0x110 0x10c 0x108 0x104 0x110 0x10c 123 0x108 0x x x104 0x104 %eip 0x %eip 0x x Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 32 / 52

33 Ejemplo: retorno de procedimiento (4) : c3 ret ret 0x110 0x10c 0x108 0x104 0x110 0x10c 123 0x108 0x x x104 0x104 0x108 %eip 0x %eip 0x x Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 33 / 52

34 Valores retornados por procedimientos Por convención, los valores retornados por procedimientos son colocado en %eax Caller debe asegurarse de salvar los valores de los registros antes de llamar un Callee que devuelva un valor Callee coloca el valor de retorno (entero, flotante, puntero) Después del retorno, el Caller encuentra el valor devuelto en el registro %eax Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 34 / 52

35 Linux Stack Frame Lazos o ciclos Frame pointer %ebp Caller Frame Arguments Return Addr Old %ebp Stack pointer Saved Registers + Local Variables Argument Build Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 35 / 52

36 Función de swap swap int zip1 = 15213; int zip2 = 98195; void call_swap() { swap(&zip1, &zip2); } Lazos o ciclos Calling swap from call_swap call_swap: pushl $zip2 # Global Var pushl $zip1 # Global Var call swap (1) void swap(int *xp, int *yp) { int t0 = *xp; int t1 = *yp; *xp = t1; *yp = t0; } &zip2 &zip1 Rtn adr Resulting Stack Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 36 / 52

37 Función de swap Lazos o ciclos (2) void swap(int *xp, int *yp) { int t0 = *xp; int t1 = *yp; *xp = t1; *yp = t0; } swap: pushl %ebp movl,%ebp pushl %ebx movl 12(%ebp),%ecx movl 8(%ebp),%edx movl (%ecx),%eax movl (%edx),%ebx movl %eax,(%edx) movl %ebx,(%ecx) movl -4(%ebp),%ebx movl %ebp, popl %ebp ret Set Up Body Finish Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 37 / 52

38 swap setup Lazos o ciclos (1) Entering Stack Resulting Stack %ebp %ebp &zip2 yp &zip1 Rtn adr xp Rtn adr Old %ebp swap: pushl %ebp movl,%ebp pushl %ebx Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 38 / 52

39 swap setup Lazos o ciclos (2) Entering Stack Resulting Stack %ebp &zip2 yp &zip1 Rtn adr xp Rtn adr Old %ebp %ebp swap: pushl %ebp movl,%ebp pushl %ebx Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 39 / 52

40 swap setup Lazos o ciclos (3) Entering Stack Resulting Stack %ebp &zip2 &zip1 Rtn adr swap: pushl %ebp movl,%ebp pushl %ebx yp xp Rtn adr Old %ebp Old %ebx %ebp Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 40 / 52

41 swap body Lazos o ciclos Entering Stack Resulting Stack &zip2 &zip1 Rtn adr %ebp Offset relative to new %ebp yp xp Rtn adr Old %ebp %ebp Old %ebx movl 12(%ebp),%ecx # get yp movl 8(%ebp),%edx # get xp... Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 41 / 52

42 swap finish Lazos o ciclos (1) swap s Stack Resulting Stack yp yp xp xp Rtn adr Old %ebp %ebp Rtn adr Old %ebp %ebp Old %ebx Old %ebx movl -4(%ebp),%ebx movl %ebp, popl %ebp ret Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 42 / 52

43 swap finish Lazos o ciclos (2) swap s Stack Resulting Stack yp yp xp xp Rtn adr Old %ebp Old %ebx %ebp Rtn adr Old %ebp %ebp movl -4(%ebp),%ebx movl %ebp, popl %ebp ret Linux Stack Frame Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 43 / 52

44 swap finish Lazos o ciclos (3) swap s Stack Resulting Stack %ebp yp yp xp xp Rtn adr Old %ebp %ebp Rtn adr Old %ebx movl -4(%ebp),%ebx movl %ebp, popl %ebp ret Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 44 / 52

45 swap finish Lazos o ciclos (4) swap s Stack Resulting Stack %ebp yp yp xp xp Rtn adr Old %ebp %ebp Old %ebx movl -4(%ebp),%ebx movl %ebp, popl %ebp ret Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 45 / 52

46 swap desensamblado Lazos o ciclos a4 <swap>: 80483a4: 55 push %ebp 80483a5: 89 e5 mov,%ebp 80483a7: 53 push %ebx 80483a8: 8b mov 0x8(%ebp),%edx 80483ab: 8b 4d 0c mov 0xc(%ebp),%ecx 80483ae: 8b 1a mov (%edx),%ebx 80483b0: 8b 01 mov (%ecx),%eax 80483b2: mov %eax,(%edx) 80483b4: mov %ebx,(%ecx) 80483b6: 5b pop %ebx 80483b7: c9 leave 80483b8: c3 ret Calling Code mov %ebp, pop %ebp : e8 96 ff ff ff call 80483a4 <swap> e: 8b 45 f8 mov 0xfffffff8(%ebp),%eax Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 46 / 52

47 Convenciones para salvar registros Cuando yoo invoca a who: yoo es el caller who es el callee En este caso %edx seía sobreescrito por who Can a register be used for temporary storage? yoo: movl $12345, %edx call who addl %edx, %eax ret %edx who: movl 8(%ebp), %edx addl $98195, %edx ret who Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 47 / 52

48 Convenciones para salvar registros Convenciones Caller salva los valores temporales en su frame antes de llamar a otro procedimiento Callee salva los valores temporales en su frame antes de utilizar los registros. Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 48 / 52

49 Uso de registros en Linux %eax, %edx, %ecx: son salvador por el caller antes de llamar a un procedimiento, si es que dichos valores se desean usar posteriormente. %eax: utilizado por defecto para almacenar los valores de retorno de las funciones. %ebx, %esi, %edi: el callee debe guardar los valores si desea usarlos., %ebp: presentan una forma especial de guardarse, lo realiza el callee. Debe restaurar los valores originales que recibe antes de salir. Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 49 / 52

50 Uso de registros en Linux Caller-Save Temporaries Callee-Save Temporaries Special %eax %edx %ecx %ebx %esi %edi %ebp Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 50 / 52

51 Punteros a valores locales Recursive Procedure void s_helper (int x, int *accum) { if (x <= 1) return; else { int z = *accum * x; *accum = z; s_helper (x-1,accum); } } Top-Level Call int sfact(int x) { int val = 1; s_helper(x, &val); return val; } Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 51 / 52

52 Crear e inicializar un puntero int sfact(int x) { int val = 1; s_helper(x, &val); return val; } Initial part of sfact _sfact: pushl %ebp # Save %ebp movl,%ebp # Set %ebp subl $16, # Add 16 bytes movl 8(%ebp),%edx # edx = x movl $1,-4(%ebp) # val = 1 8 x 4 Rtn adr 0 Old %ebp -4 val = 1-8 Temp. -12 Unused Space -16 %ebp Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 52 / 52

53 Pasar un puntero Lazos o ciclos int sfact(int x) { int val = 1; s_helper(x, &val); return val; } Calling s_helper from sfact Stack at time of call: leal -4(%ebp),%eax # Compute &val pushl %eax # Push on stack pushl %edx # Push x call s_helper # call movl -4(%ebp),%eax # Return val # Finish x Rtn adr Old %ebp val=x! = 1 Unused &val x %ebp Jorge Castro-Godínez Ensamblador x86 53 / 52

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