# 三、 來源：[JOS學習筆記（三）](http://blog.csdn.net/roger__wong/article/details/8596116) 過了個年，好久沒碰專業內的東西了，之前做的JOS相關的東西都快忘了，還是看了前面兩篇日志才想起來。 當進入內核后基本都是比較簡單的代碼了，我也并沒有全部分析，根據講義要求只分析了一下printf函數和堆棧的backtrace，所以這篇日志也就寫這兩個方面吧。 ## 1、printf函數。 進入kernel后從i386_init函數開始，首先做一些初始化工作，包括部分內存的清零，初始化顯示器串口等（無非是判斷一下地址使光標閃動正確的位置等），然后調用了cprintf，嘗試講一個10進制的數字用8進制來表示，而這個函數是需要我們完成的。 進入cprintf函數（printf.c文件）后，首先是使用va_前綴的函數（也許是宏）來取出參數，這是標準的c語言可變長度參數的實現形式。這個函數其實是一些_buildin前綴的函數的別名，而_buildin函數則是gcc內置的函數，并不在任何的JOS代碼中有定義，當ＧＣＣ進行編譯的時候會自動將這些函數名與相應的函數體連接。之后則調用vcprintf函數。 vcprintf函數定義在同一個文件里，直接調用vprintfmt函數，值得注意的是傳入一個函數指針，指向了本文件的putch函數，這個函數之后再講。 進入vprintfmt（printfmt.c文件)函數，發現這里實現的控制打印格式的邏輯，然后調用傳進來的函數指針，進行具體的打印工作。找到含有case 'o'的代碼，仿照case 'd'的代碼完成8進制數字顯示即可，也就是原封不動的復制過來，將base改成8，如下：  之前的putch函數會調用console.c里的cons_putc函數，而cons_putc函數又調用了cga_putc /serial_putc/lpt_putc，分別對應寫顯示器，寫串口和并口，之所以我們不僅在qemu里面看到了kernel打印的文字，還在我們的控制臺里看到了打印文字，就是因為其寫了串口或者并口的原因，再由qemu將串口或并口輸出信息打印到控制臺（具體哪個口我沒有深究）。 一言以蔽之，console.c完成“如何打印”的邏輯，而printfmt.c完成“打印什么”的邏輯，它們的鏈接紐帶就是printf.c。 ## 2、堆棧的backtrace JOS中所有函數的調用公用一個堆棧，在之前已經分析過了堆棧是如何初始化以及位于內存中的位置，現在的任務是要從堆棧中找到函數的嵌套調用的關系，并顯示出來。 首先想一想，函數調用是如何使用堆棧的。拋開JOS不談，一個函數在調用時，肯定要壓入參數給函數體傳值（當然有時候也使用寄存器傳值，比如windows c里面的fast call，這里暫且不論），然后要壓入函數結束后的下一條指令的地址，以便函數可以正確的返回，其次因為公用一個堆棧所以要壓入BP也就是基址寄存器的值，和在函數體中使用到的寄存器的值，以便返回時可以恢復現場。但是這些值壓入的順序和規則目前還是不知道的，需要一些額外的資料。 通過讀kernel.asm的代碼或者看講義文件，我們可以知道JOS中的函數調用后堆棧的結構是這樣的：  esp的含義是“這個地址以下的空間是未被使用的堆棧控件”，ebp的含義是“這個地址以下至esp的空間是屬于目前所執行函數的堆棧空間”，所以圖中saved%ebp和 ret%eip就是屬于調用此函數的函數的ebp和eip。 通過閱讀匯編代碼我們可以發現，一個函數在調用之前，其調用者會將參數壓棧（順序沒深究，和編譯器有關），也就是壓入arg2 和arg1，然后調用call，call的動作會把ret%eip壓棧，同時轉到函數體執行，在函數體執行的開頭有一段預處理代碼，也就是圖中的prologue，會將ebp寄存器(call指令不改變ebp的值，此時的ebp還是上一個函數的）內容壓棧，然后將當前esp賦值給ebp，隨后進行現場保存的工作，存儲在local variables空間里，值得注意的是，在預處理時會一下申請足夠的空間，包括保存現場所需空間，局部變量所需空間（這大概也就是標準C的變量聲明需要放在函數開頭的原因吧，為了方便編譯器），調用其它函數所壓入變量的空間，換句話說圖中arg1,arg2是屬于上一個函數的local variables空間，這也就是backtrace不能準確的判斷出函數所傳參數個數而統一要求打印出5個參數的原因。 因此，通過ebp不斷尋找上層的ebp，直到回溯所有的函數，在entry.S中可以看到，在調用i386_init之前，將ebp置0了，因此當ebp為0的時候就是函數返回的時候，按這個邏輯代碼如下： ``` int mon_backtrace(int argc, char **argv, struct Trapframe *tf) { uint32_t eip=read_eip(); uint32_t ebp=read_ebp(); cprintf("Stack backtrace:"); uint32_t esp=ebp; int j=0; while(ebp!=0) { cprintf("ebp %x eip %x ",ebp,eip); ebp=*(uint32_t *)(esp); esp+=4; eip=*(uint32_t *)(esp); esp+=4; cprintf("args "); for(j=0;j<=4;j++) { cprintf("%x ",*(uint32_t *)(esp)); esp+=4; } cprintf("\r\n"); esp=ebp; } return 0; } ``` 需要注意的是，因為是32位環境，所以esp指針的變化每次+4（32位是4字節）。 執行結果如下：  bingo! 可以看到，第一個函數參數為3個0，后面的函數參數依次是0 1 2 3 4 5，和代碼邏輯相同，說明implement應該沒什么大問題。 最后說一下read_eip()函數的技巧。 為什么這里read_eip()是個普通函數而不是一個inline函數，眾所周知，inline函數會在編譯的時候直接嵌入其調用者的代碼里，這樣嘗試讀取eip寄存器值這個動作本身就會改變eip寄存器的值，使read_eip()方法變的毫無意義。 因此作為一個普通函數，在調用的時候會把其調用者的eip入棧，然后在從棧中找到這個eip返回，棧中確切的位置之前分析過是ebp的上4個字節處，所以使用嵌入匯編高效的完成這個功能。