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題目：實現函數調用堆棧跟蹤函數
我們需要在lab1中完成kdebug.c中函數print_stackframe的實現，可以通過函數print_stackframe來跟蹤函數調用堆棧中記錄的返回地址。如果能夠正確實現此函數，可在lab1中執行 “make qemu”后，在qemu模擬器中得到類似如下的輸出：
ebp:0x00007b28 eip:0x00100992 args:0x00010094 0x00010094 0x00007b58 0x00100096
kern/debug/kdebug.c:305: print_stackframe+22
ebp:0x00007b38 eip:0x00100c79 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007ba8
kern/debug/kmonitor.c:125: mon_backtrace+10
ebp:0x00007b58 eip:0x00100096 args:0x00000000 0x00007b80 0xffff0000 0x00007b84
kern/init/init.c:48: grade_backtrace2+33
ebp:0x00007b78 eip:0x001000bf args:0x00000000 0xffff0000 0x00007ba4 0x00000029
kern/init/init.c:53: grade_backtrace1+38
ebp:0x00007b98 eip:0x001000dd args:0x00000000 0x00100000 0xffff0000 0x0000001d
kern/init/init.c:58: grade_backtrace0+23
ebp:0x00007bb8 eip:0x00100102 args:0x0010353c 0x00103520 0x00001308 0x00000000
kern/init/init.c:63: grade_backtrace+34
ebp:0x00007be8 eip:0x00100059 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c53
kern/init/init.c:28: kern_init+88
ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d73 args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8
<unknow>: -- 0x00007d72 –
請完成實驗，看看輸出是否與上述顯示大致一致，並解釋最后一行各個數值的含義。
提示：可閱讀小節“函數堆棧”，了解編譯器如何建立函數調用關系的。在完成lab1編譯后，查看lab1/obj/bootblock.asm，了解bootloader源碼與機器碼的語句和地址等的對應關系；查看lab1/obj/kernel.asm，了解 ucore OS源碼與機器碼的語句和地址等的對應關系。
要求完成函數kern/debug/kdebug.c::print_stackframe的實現，提交改進后源代碼包（可以編譯執行） ，並在實驗報告中簡要說明實現過程，並寫出對上述問題的回答。
補充材料：
由於顯示完整的棧結構需要解析內核文件中的調試符號，較為復雜和繁瑣。代碼中有一些輔助函數可以使用。例如可以通過調用print_debuginfo函數完成查找對應函數名並打印至屏幕的功能。具體可以參見kdebug.c代碼中的注釋。
解答
代碼實現
- 編程前，首先了解下當前情況：在Terminal下輸入
make qemu，發現打印以下信息后就退出了：
along:~/src/ucore/labcodes/lab1$ sudo make qemu
WARNING: Image format was not specified for 'bin/ucore.img' and probing guessed raw.
Automatically detecting the format is dangerous for raw images, write operations on block 0 will be restricted.
Specify the 'raw' format explicitly to remove the restrictions.
(THU.CST) os is loading ...
Special kernel symbols:
entry 0x00100000 (phys)
etext 0x001036f3 (phys)
edata 0x0010e950 (phys)
end 0x0010fdc0 (phys)
Kernel executable memory footprint: 64KB
- 分析print_stackframe的函數調用關系
kern_init ->
grade_backtrace ->
grade_backtrace0(0, (int)kern_init, 0xffff0000) ->
grade_backtrace1(0, 0xffff0000) ->
grade_backtrace2(0, (int)&0, 0xffff0000, (int)&(0xffff0000)) ->
mon_backtrace(0, NULL, NULL) ->
print_stackframe ->
- 找到print_stackframe函數，發現函數里面的注釋已經提供了十分詳細的步驟，基本上按照提示來做就行了。代碼如下所示。
- 首先定義兩個局部變量ebp、esp分別存放ebp、esp寄存器的值。這里將ebp定義為指針，是為了方便后面取ebp寄存器的值。
- 調用read_ebp函數來獲取執行print_stackframe函數時ebp寄存器的值，這里read_ebp必須定義為inline函數，否則獲取的是執行read_ebp函數時的ebp寄存器的值。
- 調用read_eip函數來獲取當前指令的位置，也就是此時eip寄存器的值。這里read_eip必須定義為常規函數而不是inline函數，因為這樣的話在調用read_eip時會把當前指令的下一條指令的地址（也就是eip寄存器的值）壓棧，那么在進入read_eip函數內部后便可以從棧中獲取到調用前eip寄存器的值。
- 由於變量eip存放的是下一條指令的地址，因此將變量eip的值減去1，得到的指令地址就屬於當前指令的范圍了。由於只要輸入的地址屬於當前指令的起始和結束位置之間，print_debuginfo都能搜索到當前指令，因此這里減去1即可。
- 以后變量eip的值就不能再調用read_eip來獲取了（每次調用獲取的值都是相同的），而應該從ebp寄存器指向棧中的位置再往上一個單位中獲取。
- 由於ebp寄存器指向棧中的位置存放的是調用者的ebp寄存器的值，據此可以繼續順藤摸瓜，不斷回溯，直到ebp寄存器的值變為0
void print_stackframe(void) {
uint32_t *ebp = 0;
uint32_t esp = 0;
ebp = (uint32_t *)read_ebp();
esp = read_eip();
while (ebp)
{
cprintf("ebp:0x%08x eip:0x%08x args:", (uint32_t)ebp, esp);
cprintf("0x%08x 0x%08x 0x%08x 0x%08x\n", ebp[2], ebp[3], ebp[4], ebp[5]);
print_debuginfo(esp - 1);
esp = ebp[1];
ebp = (uint32_t *)*ebp;
}
/* LAB1 YOUR CODE : STEP 1 */
/* (1) call read_ebp() to get the value of ebp. the type is (uint32_t);
* (2) call read_eip() to get the value of eip. the type is (uint32_t);
* (3) from 0 .. STACKFRAME_DEPTH
* (3.1) printf value of ebp, eip
* (3.2) (uint32_t)calling arguments [0..4] = the contents in address (uint32_t)ebp +2 [0..4]
* (3.3) cprintf("\n");
* (3.4) call print_debuginfo(eip-1) to print the C calling function name and line number, etc.
* (3.5) popup a calling stackframe
* NOTICE: the calling funciton's return addr eip = ss:[ebp+4]
* the calling funciton's ebp = ss:[ebp]
*/
}
- 編碼完成后，執行
make qemu，打印結果如下所示，與實驗指導書的結果類似。
ebp:0x00007b38 eip:0x00100bf2 args:0x00010094 0x0010e950 0x00007b68 0x001000a2
kern/debug/kdebug.c:297: print_stackframe+48
ebp:0x00007b48 eip:0x00100f40 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x0010008d
kern/debug/kmonitor.c:125: mon_backtrace+23
ebp:0x00007b68 eip:0x001000a2 args:0x00000000 0x00007b90 0xffff0000 0x00007b94
kern/init/init.c:48: grade_backtrace2+32
ebp:0x00007b88 eip:0x001000d1 args:0x00000000 0xffff0000 0x00007bb4 0x001000e5
kern/init/init.c:53: grade_backtrace1+37
ebp:0x00007ba8 eip:0x001000f8 args:0x00000000 0x00100000 0xffff0000 0x00100109
kern/init/init.c:58: grade_backtrace0+29
ebp:0x00007bc8 eip:0x00100124 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x0010379c
kern/init/init.c:63: grade_backtrace+37
ebp:0x00007be8 eip:0x00100066 args:0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x00007c4f
kern/init/init.c:28: kern_init+101
ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d6e args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8
<unknow>: -- 0x00007d6d --
解釋最后一行各個參數的含義
最后一行是 ebp:0x00007bf8 eip:0x00007d6e args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8，共有ebp，eip和args三類參數，下面分別給出解釋。
-
ebp:0x0007bf8此時ebp的值是kern_init函數的棧頂地址，從obj/bootblock.asm文件中知道整個棧的棧頂地址為0x00007c00，ebp指向的棧位置存放調用者的ebp寄存器的值，ebp+4指向的棧位置存放返回地址的值，這意味着kern_init函數的調用者（也就是bootmain函數）沒有傳遞任何輸入參數給它！因為單是存放舊的ebp、返回地址已經占用8字節了。 -
eip:0x00007d6eeip的值是kern_init函數的返回地址，也就是bootmain函數調用kern_init對應的指令的下一條指令的地址。這與obj/bootblock.asm是相符合的。
7d6c: ff d0 call *%eax
7d6e: ba 00 8a ff ff mov $0xffff8a00,%edx
args:0xc031fcfa 0xc08ed88e 0x64e4d08e 0xfa7502a8一般來說，args存放的4個dword是對應4個輸入參數的值。但這里比較特殊，由於bootmain函數調用kern_init並沒傳遞任何輸入參數，並且棧頂的位置恰好在boot loader第一條指令存放的地址的上面，而args恰好是kern_int的ebp寄存器指向的棧頂往上第2~5個單元，因此args存放的就是boot loader指令的前16個字節！可以對比obj/bootblock.asm文件來驗證（驗證時要注意系統是小端字節序）。
00007c00 <start>:
7c00: fa cli
7c01: fc cld
7c02: 31 c0 xor %eax,%eax
7c04: 8e d8 mov %eax,%ds
7c06: 8e c0 mov %eax,%es
7c08: 8e d0 mov %eax,%ss
7c0a: e4 64 in $0x64,%al
7c0c: a8 02 test $0x2,%al
7c0e: 75 fa jne 7c0a <seta20.1>