[发明专利]函数调用和返回的处理方法、二进制翻译方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及二进制翻译，特别是涉及函数调用和返回的处理方法、二进 制翻译方法和系统。

背景技术

二进制翻译是将一种(源)机器上的可执行程序翻译成另一种(目标) 机器上的可执行程序的过程，二进制翻译系统使得已有的大量应用程序可以 直接为新的平台所利用。如图1所示，源机器11的可执行程序111(以下简称 为源程序)通过目标机器12上的二进制翻译系统121，被转换成目标机器的可 执行程序122(以下简称为目标程序)。

函数调用和返回在程序中十分多见，虽然不同的高级语言调用函数的形 式不同，但本质是类似的，都遵循后进先出(LIFO)的原则，即最后被调用 的函数最先返回。因此可以使用栈来实现，例如，

函数调用的一般形式为：

call P              ；调用以P为起始地址的子函数

R：.......          ；call后面的指令是从地址R开始的

二进制翻译系统将函数调用翻译为：

push R              ；将返回地址R保存(push)到栈中

jmp P’             ；通过二进制翻译后，子函数的起始地址为P’

函数返回的一般形式为：

ret

二进制翻译系统将函数返回翻译为：

save scratch registers％eax，％ebx，％flags；保存以下程序用到的寄存器值

pop％eax        ；从栈中弹出(pop)一个元素，即源程序的返回地址R

％eax：＝ILtoOLAddress(％eax)    ；将源程序的返回地址R映射到目标程

                                 ；序的返回地址R’

store(Return Target)，％eax  ；保存目标程序的返回地址R’

restore scratch registers％eax，％ebx，％flags  ；恢复已保存的寄存器值

jmp(Return_Target)    ；跳到目标程序的返回地址R’去执行

上述二进制翻译系统在翻译返回指令时比较慢，因为不仅要将一条返回 指令翻译成几条目标指令，而且还要完成一些将源程序的地址映射到目标程 序的地址的工作。这样，源程序返回只需要一个时钟周期，而目标程序返回 则需要很多时钟周期。子函数调用和返回在程序中十分多见，因此通过二进 制翻译之后目标程序会明显变慢。

专利号为US6711672的美国专利公开了一种二进制翻译系统的函数调用 和返回的处理方法，在该专利中，源程序的指令称为输入语言(IL)指令， 目标程序的指令称为输出语言(OL)指令，对于每个IL子函数调用，正确的 IL返回地址R被存放到栈中，相应的OL返回地址R’存放到返回目标缓存(RTC， return target cache)中，根据R来计算RTC的索引；执行到OL函数返回时，从 栈顶弹出一个值，根据这个值来计算索引，根据这个索引从RTC中获得一个目 标地址，如果目标地址正确，则从该地址开始执行，否则转到备份返回地址 恢复模块来重新构建OL返回地址。RTC其实就是一个哈希表，根据R来计算 RTC的索引就是一个哈希函数，能够将IL返回地址映射到RTC中。

因此，函数调用：

call P        ；调用以P为起始地址的子函数

R：.......    ；call后面的指令是从地址R开始的

被二进制翻译系统翻译为：

push R             ；将IL返回地址R保存到栈中

store(RTC)，R’    ；将OL返回地址R’保存到RTC中

jmp P’            ；跳到子函数的起始地址P’去执行

R’：cmp％eax，R   ；判断是否返回到正确的地址(命中)

jne Miss/Failure；如果不是正确的地址，则跳到备份返回地址恢复模块

restore scatch registers％eax，％ebx，％flags

函数返回ret被二进制翻译系统翻译为：