Asignación de pila, relleno y alineación

Question

He intentado obtener una comprensión más profunda de cómo los compiladores generan códigos de máquina, y más específicamente cómo GCC trata con la pila. Al hacerlo, he estado escribiendo simples programas en C, compilándolos para ensamblar y haciendo todo lo posible por comprender el resultado. He aquí un programa simple y la salida que genera:

asmtest.c:

void main() { 
    char buffer[5]; 
} 

asmtest.s:

pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
subl $24, %esp 
leave 
ret 

Lo desconcertante para mí es la razón por 24 bytes se asignan para la pila. Sé que debido a la forma en que el procesador aborda la memoria, la pila debe asignarse en incrementos de 4, pero si este fuera el caso, solo deberíamos mover el puntero de la pila en 8 bytes, no en 24. Como referencia, un buffer de 17 los bytes producen un puntero de pila movido 40 bytes y ningún buffer en absoluto mueve el puntero de pila 8. Un buffer entre 1 y 16 bytes inclusive mueve ESP 24 bytes.

Suponiendo que los 8 bytes son una constante necesaria (¿para qué se necesita?), Esto significa que estamos asignando en fragmentos de 16 bytes. ¿Por qué el compilador se estaría alineando de esa manera? Estoy usando un procesador x86_64, pero incluso una palabra de 64 bits solo debería requerir una alineación de 8 bytes. ¿Por qué la discrepancia?

Como referencia, estoy compilando esto en una Mac con 10.5 ejecutando gcc 4.0.1 y sin optimizaciones habilitadas.

Answer 1

Es una función de gcc controlada por -mpreferred-stack-boundary=n donde el compilador intenta mantener los elementos en la pila alineados en 2^n. Si cambió n a 2, solo asignaría 8 bytes en la pila. El valor predeterminado para n es 4, es decir, intentará alinearse con los límites de 16 bytes.

¿Por qué está el "default" 8 bytes y luego 24 = 8 + 16 bytes se debe a que la pila ya contiene 8 bytes para leave y ret, por lo que el código compilado debe ajustar la pila por primera vez por 8 bytes de lograr que se alinea con 2^4 = 16.

Answer 2

Encontré this site, que tiene alguna explicación decente en la parte inferior de la página acerca de por qué la pila puede ser más grande. Escale el concepto hasta una máquina de 64 bits y podría explicar lo que está viendo.

Answer 3

Los 8 bytes están ahí porque la primera instrucción empuja el valor inicial de% ebp en la pila (suponiendo que sea de 64 bits).

Answer 4

LWN have an article on memory alignment, que puede encontrar interesantes.

Answer 5

La familia de instrucciones SSEx REQUIERE que los vectores empaquetados de 128 bits se alineen con 16 bytes; de lo contrario, obtendrá un segfault tratando de cargarlos/almacenarlos. Es decir. si quiere pasar de manera segura vectores de 16 bytes para usar con SSE en la pila, la pila debe mantenerse constantemente alineada con 16. GCC lo cuenta de manera predeterminada.

Answer 6

La Mac OS X/Darwin x86 ABI requiere una alineación de la pila de 16 bytes. Este no es el caso en otras plataformas x86 como Linux, Win32, FreeBSD ...