2017-2018-1 20155336 《信息安全系统设计基础》第五周学习总结

学习目标

• 理解逆向的概念
• 掌握X86汇编基础，能够阅读（反）汇编代码
• 了解ISA（指令集体系结构）
• 理解函数调用栈帧的概念，并能用GDB进行调试

教材学习内容总结

• 本章概述：

  本周学习了c提供的抽象层下面的东西，了解机器级编程。通过编译器产生机器级程序的汇编代码表示，我们了解了编译器和它的优化能力，还有一些机器、数据类型和指令集。机器级程序和它们的汇编代码表示与C程序的差别很大。程序是以指令序列来表示的，每条指令都完成一个单独的操作。编译器必须使用多条指令来产生和操作各种数据结构。 用字节代码作为程序的低级表示，优点是相同的代码可以在许多不同的机器上执行。

• x86经历的寻址方式：

  • DOS时代的平坦模式，不区分用户空间和内核空间，不安全。
  • 8086的分段模式
  • IA32的带保护模式的平坦模式。

• 程序编码和数据格式：

  • 使用GCC编译时候命令行中加入 -o1使用第一级优化 、-o2使用第二级优化
  • gcc -S xxx.c -o xxx.s获得汇编代码，也可以用objdump -d xxx反汇编; 注意函数前两条和后两条汇编代码，所有函数都有，建立函数调用栈帧。
  • b：8位、w：16位、l：32位。
  • 注意: 64位机器上想要得到32代码：gcc -m32 -S xxx.c
  • 格式的注解：ATT和Intel汇编代码格式。
  • 理解寄存器%eax、%ecx、%edx、%ebx为通用寄存器，%esi和%edi可以用来操作数组，%esp和%edp可以操作指针。
  • MOV指令是使用最频繁的指令，注意不能直接从一个内存地址MOV到另一个内存地址，要在寄存器中中转一下。
  • 注意栈顶元素的地址是所有栈中元素地址中最低的。
  • 指针就是地址，局部变量保存在寄存器中。

• 算数和逻辑操作：

  • leal指令，加载有效地址，是movl指令的一个变形
  • 一元操作只有一个操作数，既是源又是目的。
  • 注意二元操作，源操作数是第一个，目的操作数是第二个，注意减法操作后-前
  • 移位操作先可以给出移位量，第二项再给出要移位的数值。

• 控制：

  • 用jump指令可以改变一组机器代码指令的执行顺序。对于switch语句可以采用jump table跳转表来完成跳转。
  • 条件码寄存器用来设置跳转的条件位的。
  • leal不改变条件码寄存器。
  • SET指令根据计算t=a-b设置条件码。
  • 有条件跳转（if、while、for）注意看条件码寄存器和无条件跳转（goto）。
  • if-else结构：使用了goto语句。
  • 循环结构：do-while是最基本的循环结构，其他的循环首先会转换成do-while来产生循环代码。每次循环会测试表达式，如果测试为真（非零）继续循环。c语言中三种形式的循环do-while、while和for都可以用一种简单策略来翻译，产生包含一个或多个条件分支的代码。控制条件转移为循环翻译成机器代码提供了基本机制。
  • switch的jt表中引用&&作为新的指针，执行switch语句的关键步骤是通过跳转表来访问代码位置。

• 过程：

  • IA32程序用程序栈来支持过程调用。注意：栈是向低地址增长的。
  • 栈帧结构：用来传递参数、储存返回信息、保存寄存器、以及本地存储
  • call/ret; 函数返回值存在%eax中
  • leave指令可以使栈做好返回的准备
  • 程序寄存器是唯一能被所有过程共享的资源。

教材学习中的问题和解决过程

• 对于数据格式的知识

  在书p111页给了数据格式，在汇编代码的后缀。在之后学习mov指令的时候，其中有一个指令movl $Ox4050，%eax ，可是在之后使用中发现movl指令对于双精度浮点数可以进行传送。后来看书，知道了汇编代码也使用后缀‘l’`来表示4字节整数和8字节双精度浮点数。其实并不会产生歧义，因为浮点数使用的是一组完全不同的指令和寄存器。

• 对于寻址模式

  首先在对于%eax和(%eax)有点疑问，不知道二者样子相同，二者具体有什么不同，后来通过看书上p113的表格，其中有寄存器Ea，操作数值是R[Ea],储存器（Ea）操作数值是M[R[Ea]]。虽然二者看起来样子很相似，但本质还是不一样的，一个是寄存器，另一个则表示缓存器，二者所代表的值也是不同的。

• 对于栈

  栈在数据结构中就有所接触，遵循先进后出的原则。但是对于为什么栈底的地址大，栈顶的地址值小？如果这样那么栈就不会很大吗？通过网上百度，解决了这一问题。在Windows下，栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在Windows下栈的大小是固定的空间（1M或2M）超过栈的剩余空间会提示overflow。就类似于数组中的内个i，stack[i]，入栈后i-1，出栈后i+1，i始终指向栈顶。

• 对于Switch语句

  起初书上给的例子是有开关100、102~104、106，通过汇编代码，首先将106与100做差值运算，这样就会简化汇编语言的操作。可是对于这个例子102 开关之后没有break；既没有跳出语句，会继续操作103的代码，汇编语言是怎么实现的？通过自己动手操作了书上的例子后，两种情况有不同的目的地址，将这两个代码块都汇总到将result加11的代码，这样就解决了问题。

代码练习以及问题

• P107

  • 利用vim编写一个xxx.c文件
  • gcc -S xxx.c得到汇编文件xxx.s
  • 利用vim进入xxx.s或者利用cat xxx.s查看xxx.s的内容

• P108反汇编练习

  • 利用gcc -c xxx.c产生二进制文件xxx.o
  • 利用objdump -d xxx.o来看到反汇编后的内容

• 教材P121练习题3.9验算反馈

  • 练习题给出汇编代码，要求补全C语言代码，补全后，下图为实际验算

课后作业中的问题和解决过程

• 习题3.1

  其中有一个是260（%ecx，%edc）计算值，一直把260当作十进制运算，可是没有结果，后来发现运算时需要将其转换为16进制再次参与运算，这样260=Ox104这样答案也就得到了。

• 习题3.2

  指令的补全，对于mov指令格式为mov s，d，将s传送给d。但是对于MOV %eax，（%eax） 为什么是MOVL而不是MOVW？后来知道%ax为寄存器16位，%eax是扩展寄存器32位，这样就需要传送双字，就需要MOVL指令。

• 习题3.29

  对于switch语句的汇编代码，最初在做的时候存在序号问题，后来仔细查阅了解C语言中case对应的序号对应着跳转表中的序号，要注意的是候跳转表中的序号从0开始的！

代码托管

其他（感悟、思考等，可选）

这周在本章下了很多时间，也补了很多汇编语言的功课，总之还是要去认认真真去对待每一个章节的知识点，这样才能融汇贯通。

学习进度条

|            | 代码行数（新增/累积）| 博客量（新增/累积）|学习时间（新增/累积）|重要成长|
| --------   | :----------------:|:----------------:|:---------------:  |:-----:|
| 目标        | 5000行            |   30篇           | 400小时            |       |
| 第一周      | 200/200           |   2/2            | 20/20             |       |
| 第二周      | 300/500           |   2/4            | 18/38             |       |
| 第三周      | 500/1000          |   3/7            | 22/60             |       |
| 第四周      | 300/1300          |   4/9            | 15/90             |       |

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。 耗时估计的公式 ：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:15小时

• 实际学习时间:15小时

(有空多看看现代软件工程 课件 软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
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