Dagens tema INF1070. Makroer. Sanntidsprogrammering. Avbrudd. Bruker- og supermodus. Blanding av C og assemblerkode. Selvmodifiserende kode

Transkript

1 Dagens tema Makroer Sanntidsprogrammering Avbrudd Bruker- og supermodus Blanding av C og assemblerkode Selvmodifiserende kode Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 1 av 20

2 Makroer Ofte gjentar man kodelinjer når man skriver assemblerkode. Da kan det lønne seg å definere en makro:.macro heap size.long \size-4.fill \size-8.long 1.endm.globl myheap myheap: heap 4096 var:.long 0x Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 2 av 20

3 En makro er tekst som settes inn under assembleringen. > > gcc -c -Wa,-al gd.s 1.macro heap size 2.long \size-4 3.fill \size-8 4.long 1 5.endm 6 7.globl myheap FC0F0000 myheap: heap var:.long 0x Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 3 av 20

4 Nye instruksjoner Man kan også bruke makroer til å definere instruksjoner man savner:.macro clrb reg xorb \reg,\reg.endm.macro clrw reg xorw \reg,\reg.endm.macro clrl reg xorl \reg,\reg.endm.globl f f: clrl %eax ret Tese God bruk av makroer gjør programkoden bedre, men dårlig bruk av makroer gjør den mye verre. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 4 av 20

5 Avansert bruk av makroer Kombinert med tester har man nesten et eget programmeringsspråk: 1.macro ints from, to 2.long \from 3.if \to-\from 4 ints (\from+1),\to 5.endif 6.endm 7 8.globl table table: ints 5, Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 5 av 20

6 Sanntidsprogrammering En datamaskin må av og til forholde seg til omgivelsene i sanntid («real time»), og sende eller ta imot data innen stramme tidsfrister. Tre teknikker er vanlige: Hendelseshåndtering («event handling») brukes mest i vindussystemer. Alle hendelser lagres i en kø til programmet kan ta seg av dem. + Enklere programmer (når opplegget er der) + Ingen hendelser går tapt Ikke alltid øyeblikkelig respons Polling er når programmet jevnlig spør I/U-kretsene om de har noe data. + Veldig enkelt å programmere Man kan miste data Kaster bort mye prosesseringstid Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 6 av 20

7 Avbrudd («interrupt») må være innebygget i prosessoren. Når en I/U-krets har data klart, vil prosessoren automatisk generere et kall på en egen avbruddsrutine. + Øyeblikkelig respons + Ingen bortkastet prosesseringstid Avbrudd kommer ikke alltid beleilig Dårlig kode kan knekke systemet Programmeringsfeil er svært vanskelige å finne Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 7 av 20

8 Sikring av systemet Hvordan hindrer man at programmeringsfeil i en avbruddsrutine eller et annet sted kan ødelegge systemet? Beskyttet modus Når den utfører brukerprogrammer, er prosessoren i brukermodus («user mode»). Da er visse operasjoner forbudt: aksess av minnet utenfor egen prosess visse instruksjoner item kontakt med I/U-kretsene manipulering av avbruddene alt som kan ødelegge operativsystemet Supermodus Operativsystemt må kjøre i supermodus («supervisor mode») der alt er lov. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 8 av 20

9 Minnehåndtering i x86 Normalt er x86-prosessoren i «protected mode» der vi kan se på lageret som en lang byte-vektor. Av hensyn til gammel kode kan man også bruke gamle adresseringsteknikken kalt «real mode»: En adresse er på 16 bit. Minnet er delt opp i segmenter på inntil 65 Kbyte. Fire 16-bits segmentregistre peker på hvert sitt segment: cs («code segment») ds («data segment») programkoden data es («extra segment») flere data ss («stack segment») stakken Disse kan endres av programmet under kjøringen. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 9 av 20

10 Adresseberegningen Den endelige adressen i minnet ble beregnet slik: b 0 1 d SI + f DS = f b 0 1 d Det totale adresserbare minnet er da 1 Mbyte. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 10 av 20

11 Å blande C og assemblerkode #include <stdio.h> typedef unsigned int uint; uint mult (uint a, uint b) { return a*b; int main (void) { uint res = 1; int i; for (i = 1; i <= 12; ++i) { res = mult(res,10); printf("%2d:%14u\n", i, res); return 0; Dette programmet gir galt svar: 1: 10 2: 100 3: : : : : : : : : : Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 11 av 20

12 La oss bruke assemblerkode til å addere i stedet: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef unsigned int unint; unint mult (unint a, unint b) { unint res, top; asm("mull %%edx" : "=a" (res), "=d" (top) : "a" (a), "d" (b)); if (top) { fprintf(stderr, "\n**overflow**\n"); exit(1); return res; int main (void) { unint t = 1; int i; for (i = 1; i <= 12; ++i) { t = mult(t,10); printf("%2d:%14u\n", i, t); 1: 10 2: 100 3: : : : : : : **Overflow** Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 12 av 20

13 «Funksjonen» asm Man skriver «inline assembly» med en asm-konstruksjon. Den har inntil fire deler adskilt med kolon(!): ❶ selve koden ❷ ut-parametre ❸ innparametre ❹ ekstra registre Assemblerkoden Koden skrives som vanlig assemblerkode, men registre angis som %%eax %0, %1,... angir parametre flere instruksjoner skilles med \n Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 13 av 20

14 Kompilatoren gcc genererte denne koden mult: #APP #NO_APP.L5: pushl movl subl movl movl mull %edx %ebp %esp, %ebp $24, %esp 8(%ebp), %eax 12(%ebp), %edx movl %eax, -4(%ebp) movl %edx, %eax movl %eax, -8(%ebp) cmpl $0, -8(%ebp) je.l5 movl $.LC0, 4(%esp) movl stderr, %eax movl %eax, (%esp) call fprintf movl $1, (%esp) call exit movl leave ret -4(%ebp), %eax fra funksjonen unint mult (unint a, unint b) { unint res, top; asm("mull %%edx" : "=a" (res), "=d" (top) : "a" (a), "d" (b)); if (top) { fprintf(stderr, "\n**overflow**\n"); exit(1); return res; Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 14 av 20

15 Parametrene Ut- og innparametre bruker en spesiell notasjon "xxx" (var) som tolkes slik: Variabelen forteller hvilken C-variabel det dreier seg om. Spesifikasjonen xxx legger restriksjoner på hvorledes variabelen kommer til assemblerkoden: a b r register %EAX register %EBX et vilkårlig register m minnet g n ingen restriksjoner samme som parameter nr n = variabelen blir endret Ekstra registre Her angis om man bruker (dvs ødelegger) andre registre enn parametrene. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 15 av 20

16 Et eksempel til Denne funksjonen sjekker en addisjon ved å se om C-flagget blir satt: unint add (unint a, unint b) { unint res, carry; asm("xorl %%edx,%%edx\n addl %3,%0\n adcl %%edx,%%edx\n movl %%edx,%1" : "=r" (res), "=g" (carry) : "0" (a), "g" (b) : "edx"); if (carry) { fprintf(stderr, "\n** Overflow **\n"); exit(1); return res; Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 16 av 20

17 Dette testprogrammet int main (void) { unint val = 0xffffffc0; int i; for (i = 1; i <= 12; ++i) { val = add(val,10); printf("%2d:%14u\n", i, val); return 0; gir dette resultatet: 1: : : : : : ** Overflow ** Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 17 av 20

18 Assemblerkoden tolkes slik: Koden inneholder fire instruksjoner: xorl %edx,%edx # Nuller ut EDX addl b,res # Addisjonen adcl %edx,%edx # Flytt C-flagg til EDX movl %edx,carry # og så til carry. Det er to utparametre som begge endres: res må være i et register carry kan være i hva som helst Det er to innparametre: a er i samme register som res b kan være hvor som helst Registeret %EDX blir ødelagt. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 18 av 20

19 Oppsummering («Språket» for blandingskode er ganske mye rikere enn det som er nevnt hittil.) + Blandingskode kan gi tilgang til maskinressurser som ikke kan nås fra høynivåspråket. + Det er en liten hastighetsgevinst i å slippe call+ret. + Man reduserer antall filer. Programmene er like lite portable som assemblerfiler. Man må lære et nytt «språk» for å programmere blandingskode. Koden blir mindre oversiktlig. Man er aldri sikker på om kompilatoren genererer riktig kode. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 19 av 20

20 Selvmodifiserende kode Når programkode lagres som bit-mønstre, kan man da la programmet endre på seg selv? 1.globl teller 2.data teller: pushl %ebp E5 movl %esp,%ebp B movl $1,%eax addl $1,teller f 5D popl %ebp C3 ret Denne funksjonen returnerer 1 første gang den kalles. Samtidig endres instruksjonen slik at den vil gi 2 neste gang den utføres. Koden er plassert i.data for å kunne endres. På noen maskiner vil det kunne bli rot med data- og instruksjons-cache. Uansett er dette en teknikk som vil kunne gi svært uoversiktlige programmer. Dag Langmyhr,Ifi,UiO: Forelesning 2. mai 2005 Ark 20 av 20