2017-2018-1 20155212 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

教材学习内容总结

历史观点

• X86 寻址方式经历三代
  • DOS时代的平坦模式，不区分用户空间和内核空间，很不安全
  • 8086的分段模式
  • IA32的带保护模式的平坦模式
• 摩尔定律：预测在未来十年，芯片上的晶体管数量每年都会翻一番。

程序编码

• 编译选项-Og告诉编译器使用会生成符合原始C代码整体结构的机器代码的优化等级，使用较高级别游湖产生的代码会严重变形。
• 重要的两种抽象
  • 由指令集体系结构或指令集架构来定义机器级程序的格式和行为
  • 机器级
• %rip给出下一条指令在内存中的地址
• objdump -d *.o反汇编
• Ubuntu中gcc -S *.c更接近教材中代码（删除.开头语句）
• 注意
  • x86-64指令长度从1-15个字节不等
  • 反汇编器使用的指令命名规则与GCC生成的汇编代码用的有些细微的差别
• 用汇编代码来访问机器的低级特性
  • 用汇编代码编写整个函数，在链接阶段把它们和 C函数组合起来
  • 利用GCC的支持，直接在C程序中嵌入汇编代码
• 二进制文件可以用od命令查看，也可以用gdb的x命令查看。有些输出内容过多，我们可以使用more或less命令结合管道查看，也可以使用输出重定向来查看
• ATT与Intel汇编代码格式

数据格式

• C语言数据类型在X86-64中的大小。在64位机器中，指针长8字节。

访问信息

• 整数寄存器
  • esi edi可以用来操纵数组
  • esp ebp用来操纵栈帧
  • 32位的eax,16位的ax,8位的ah,al都是独立的

  

• 操作数格式（s=1, 2, 4, 8）

• MOV相当于赋值
• 不能从内存直接MOV到另一个内存，要用寄存器中转
• MOV指令示例（源操作数，目的操作数）
  
• MOV指令大小匹配，MOVZ和MOVS将较小的源值复制到较大的目的
  • MOVZ类将目的中剩余的字节填充为0
    
  • MOVS类通过符号扩展来填充，把源操作数的最高位进行赋值
    
• 局部变量通常是保存在寄存器中，而不是内存中。访问寄存器比访问内存要快得多。
• 当执行强制类型转换既涉及大小又涉及C语言中符号变化时应该先改变大小。
• 栈
  • 压栈：减小栈指针的值，再存放数据
  • 弹栈：从内存中读数据，并增加栈指针的值
  • 栈“顶”在底部

算术和逻辑操作

• 加载有效地址指令leaq实际上是movq指令的变形。将有效地址写入到目的操作数，目的操作数必须是一个寄存器。
• 加1、减1、取负、取补操作：一元操作，操作数是寄存器或内存位置
• 加、减、乘、除、异或、或、与：二元操作，第一个操作数可以是立即数、寄存器或是内存位置，第二个操作数可以是寄存器或是内存位置
• 移位操作：移位量可以是一个立即数，或者放在单字节寄存器%cl中
• 减法：第二操作数-第一操作数

控制

• 条件码
  • CF：进位
  • ZF：零
  • SF：符号
  • OF：溢出
• 跳转指令
  • 无条件跳转
    • 直接跳转给出一个标号作为跳转目标。jmp .L
    • 简介跳转：‘*’后面跟一个操作数指示符
      • 用寄存器中的值作为跳转目标：jmp *%r
      • 用进村其中的值作为读地址：jmp *(%r)
  • 有条件跳转（只能是直接跳转）
    • 指令的名字和跳转条件与SET指令的名字和设置条件是相匹配的

• if-else

      t=test-expr;
      if(!t)
          goto false;
      then statement
      goto done;
  false:
      else-statement
  done:

• do-while循环

  loop:
    body-statement
    t = test-sxpr;
    if(t)
        goto loop;

• while循环
  • 跳转到中间

      goto test;
  loop:
      body-statement
  test:
      t=test-expr;
      if(t)
          goto loop;

  • guarded-do

  loop:
    body-statement
    t = test-sxpr;
    if(t)
        goto loop;

• for循环

  intit-expr;
  while(test-expr) {
      body-statement
      update-expr;
  }

  while循环的翻译方式根据优化等级决定。

过程

教材学习中的问题和解决过程

• 【问题一】如何将汇编代码编写的函数与C函数组合？
• 【问题二】如何在C程序中嵌入汇编代码？
• 【问题三】leaq作为加载有效地址指令，实际上是movq的变形。那么leaq与movq的用法有什么不同？
• 【问题三】CMP和SUB用在什么地方？
  • CMP应该是用在对操作数进行测试的时候，比如，可以测试某个数与已知数的大小关系等；而SUB执行的是减法操作，用于普通运算中
• 【问题四】while循环有两种翻译方式，这两种翻译方式分别什么时候使用呢？
  • 较低优化等级编译时（-Og）会采用跳转到中间的策略，较高优化等级时采用guarded-do策略

代码调试中的问题和解决过程

• 问题1：XXXXXX
• 问题1解决方案：XXXXXX
• 问题2：XXXXXX
• 问题2解决方案：XXXXXX
• ...

代码托管

（statistics.sh脚本的运行结果截图）

上周考试错题总结

• 错题1及原因，理解情况
• 错题2及原因，理解情况
• ...

课后重点习题

3.1

3.3

3.5

3.6

3.9

3.14

3.15

3.16

3.22

3.23

3.27

3.29

3.30

3.33

3.34

其他（感悟、思考等，可选）

xxx
xxx

学习进度条

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:XX小时

• 实际学习时间:XX小时

• 改进情况：

(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
• ...