【实验一】计算机是怎样工作的？

要求：

• 请使用Example的c代码分别生成.cpp,.s,.o和ELF可执行文件，并加载运行，分析.s汇编代码在CPU上的执行过程
• 实验报告要求：通过实验解释单任务计算机是怎样工作的，并在此基础上讨论分析多任务计算机是怎样工作的。
• 实验报告以博客URL方式提交，提交地址 实验一提交入口

一、生成所需文件

源文件如下：

源文件为lab1.c，调用gcc -c lab1.c 生成.o文件(如图)

调用gcc -S lab1.c 生成.s文件(如图)

调用gcc -E -o lab1.cpp lab1.c生成.cpp文件（如图）

gcc -o lab1 lab1.c

                                                    

         图一 生成的.s/.cpp/可执行文件/.o

总结gcc -c生成.o

-S生成.S

-E生成.cpp

-o生成可执行

二、具体执行过程

    lab1.s文件如下：

.file "lab1.c"

.text

.globl g

.type g, @function

g: ;函数g

.LFB0:

.cfi_startproc

pushl %ebp ;ebp压栈

.cfi_def_cfa_offset 8

.cfi_offset 5, -8

movl %esp, %ebp ;esp赋值给ebp

.cfi_def_cfa_register 5

movl 8(%ebp), %eax ;ebp偏移8的位置中的内容放入eax

addl $3, %eax ;eax寄存器加3后

popl %ebp ;弹出的值赋给ebp

.cfi_restore 5

.cfi_def_cfa 4, 4

ret ;返回，即把pop %eip

.cfi_endproc

.LFE0:

.size g, .-g

.globl f

.type f, @function

f: ;函数g

.LFB1:

.cfi_startproc

pushl %ebp ;ebp压栈

.cfi_def_cfa_offset 8

.cfi_offset 5, -8

movl %esp, %ebp ;esp赋值给ebp

.cfi_def_cfa_register 5

subl $4, %esp ;esp减4后

movl 8(%ebp), %eax ;ebp偏移8的位置中的内容放入eax

movl %eax, (%esp) ;eax中的内容赋值给esp所指位置

call g ;调用函数g

leave ;恢复现场

.cfi_restore 5

.cfi_def_cfa 4, 4

ret ;返回

.cfi_endproc

.LFE1:

.size f, .-f

.globl main

.type main, @function

main: ;函数main

.LFB2:

.cfi_startproc

pushl %ebp

.cfi_def_cfa_offset 8

.cfi_offset 5, -8

movl %esp, %ebp ;esp赋值给ebp

.cfi_def_cfa_register 5

subl $4, %esp

movl $8, (%esp);将8放入esp所指单元

call f ;调用f函数

addl $1, %eax ;eax寄存器加一

leave ;恢复调用函数前的现场

.cfi_restore 5

.cfi_def_cfa 4, 4

ret 返回

.cfi_endproc

.LFE2:

.size main, .-main

.ident "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.7.2-2ubuntu1) 4.7.2"

.section .note.GNU-stack,"",@progbits

解析：故此汇编代码在计算机上的执行过程如下：执行main函数，先保存当前栈基地址，然后执行具体代码，当执行到调用函数f，先把参数存入栈中，然后跳转到f函数相应代码，先把当前栈基地址保存，然后继续执行f代码，当执行到g时，依次类推。执行完函数g，返回调用点，继续执行f代码。然后返回main函数，继续执行，直到程序结束，栈恢复成未执行程序lab1之前的状态。

堆栈变化如图：

图二

图三

图四

图五

图六

图七

图八

图九

三、单任务计算机的工作工程

当任务的程序代码放入内存时，CPU一条语句一条语句的执行，执行函数时，如遇到调用函数，则通过栈先把当前环境保存，再执行调用函数，新函数对应一个逻辑上的新栈。依次类推，直到程序执行完。任务完成。

四、多任务计算机的工作过程

多任务计算机将多个任务分时执行，通过CPU时间片轮转，分给每个任务特定的时间。执行任务1时，和单任务计算机的工作工程一样。当执行任务1的时间片到了时，保存当前环境，然后CPU转而执行任务2。这样循环，直到任务全被处理完。