libco 源码剖析(1): 协程上下文切换之 32 位
相关背景资料
- 关于汇编语言及内存布局相关基础，参看 参考文献[0], 参考文献[1]
- 32 位协程上下文结构如下:
// coctx.h
struct coctx_t
{
void *regs[ 8 ];
size_t ss_size;
char *ss_sp;
};
- 32 位协程上下文中的寄存器信息注释如下：
// coctx.cpp
// low | regs[0]: ret |
// | regs[1]: ebx |
// | regs[2]: ecx |
// | regs[3]: edx |
// | regs[4]: edi |
// | regs[5]: esi |
// | regs[6]: ebp |
// high | regs[7]: eax | = esp
- 协程上下文切换函数声明如下：
extern "C"
{
extern void coctx_swap( coctx_t *,coctx_t* ) asm("coctx_swap");
};
- 协程上下文切换汇编源码:参考文献[2]
源码解析
- 根据协程上下文结构及上下文切换函数的定义，可以画出进入上下文切换汇编时的内存布局：
To pass parameters to the subroutine, push them onto the stack before the call. The parameters should be pushed in inverted order. —— 参考文献[7]
- 如上图，进入
coctx_swap 函数后, ESP 寄存器指向 返回地址(return address) 。 第一句汇编指令将 coctx_swap 函数的第一个参数的地址存入 EAX 寄存器中:
leal 4(%esp), %eax //sp
然后将 coctx_swap 函数的第一个参数的地址(即 返回地址(return address) 的地址 + sizeof(void*))存入 ESP 寄存器。
movl 4(%esp), %esp
最后将 ESP 寄存器的值增加 32(8*sizeof(void*) = 32。即，将栈顶设置为 ®s[7] + sizeof(void*)。后续向栈顶压入上下文时，即是在将数据存入 coctx_t::regs 中)。
leal 32(%esp), %esp //parm a : ®s[7] + sizeof(void*)
上述一系列操作后内存布局如下：
- 接下来就是按照约定，依次将 EAX, EBP, ESI, EDI, EDX, ECX, EBX 保存的数据以及**返回地址(
%eax-4)**压入栈内。
pushl %eax //esp ->parm a
pushl %ebp
pushl %esi
pushl %edi
pushl %edx
pushl %ecx
pushl %ebx
pushl -4(%eax)
由于当前栈顶指针 ESP 保存的是 ®s[7] + sizeof(void*)，因此将寄存器信息压入栈的过程实际上就是将数据保存在 coctx_swap 函数的第一个参数指向的 coctx_t 结构的 reg 数组中。
移入寄存器后的内存布局如下：
- 接下来将第二个参数的值(即 切换的新上下文信息的结构的地址 )存入栈顶寄存器 ESP, 作为栈顶指针。
movl 4(%eax), %esp //parm b -> ®s[0]
操作后的内存布局如下：
- 将 返回地址(return address) 的值弹出到 EAX 寄存器中：
popl %eax //ret func addr
然后，依次弹出接下来的几个寄存器的值：
popl %ebx
popl %ecx
popl %edx
popl %edi
popl %esi
popl %ebp
操作后的内存布局如下：
- 接下来是恢复之前的栈数据。根据前面的分析，我们可以知道当前栈顶
reg[7] 保存的是上下文切换前的第一个参数的地址，即 实际栈顶地址+4 。
而现在的 EAX 保存的是上下文切换前的 返回地址(return address) 。因此要恢复上下文切换之前的状态，只需要将 reg[7] 弹出到 ESP 寄存器，然后将 EAX 寄存器的值压入栈。
popl %esp
pushl %eax //set ret func addr
最后将 EAX 寄存器清空：
xorl %eax, %eax
其他
64位汇编与32位类似，就不赘述。主要差别在于 64 位通过寄存器传递参数。
leaq 112(%rdi),%rsp
... ...
movq %rsi, %rsp
To pass parameters to the subroutine, we put up to six of them into registers (in order: rdi, rsi,
rdx, rcx, r8, r9). If there are more than six parameters to the subroutine, then push the rest onto
the stack in reverse order —— 参考文献 [8]
参考文献
[ 0 ] 内存布局与栈 [ 1 ] Lecture 4: x86_64 Assembly Language [ 2 ] coctx_swap.S [ 3 ] coctx.h [ 4 ] coctx.cpp [ 5 ] Calling Functions and Passing Parameters in Assembly [ 6 ] Mixing Assembly and C [ 7 ] The 32 bit x86 C Calling Convention [ 8 ] The 64 bit x86 C Calling Convention