2017-2018-1 20155212 《信息安全系統設計基礎》第13周學習總結

教材學習內容總結

歷史觀點

• X86 尋址方式經歷三代
  • DOS時代的平坦模式，不區分用戶空間和內核空間，很不安全
  • 8086的分段模式
  • IA32的帶保護模式的平坦模式
• 摩爾定律：預測在未來十年，芯片上的晶體管數量每年都會翻一番。

程序編碼

• 編譯選項-Og告訴編譯器使用會生成符合原始C代碼整體結構的機器代碼的優化等級，使用較高級別遊湖產生的代碼會嚴重變形。
• 重要的兩種抽象
  • 由指令集體系結構或指令集架構來定義機器級程序的格式和行為
  • 機器級
• %rip給出下一條指令在內存中的地址
• objdump -d *.o反匯編
• Ubuntu中gcc -S *.c
  更接近教材中代碼（刪除.開頭語句）
• 註意
  • x86-64指令長度從1-15個字節不等
  • 反匯編器使用的指令命名規則與GCC生成的匯編代碼用的有些細微的差別
• 用匯編代碼來訪問機器的低級特性
  • 用匯編代碼編寫整個函數，在鏈接階段把它們和 C函數組合起來
  • 利用GCC的支持，直接在C程序中嵌入匯編代碼
• 二進制文件可以用od命令查看，也可以用gdb的x命令查看。有些輸出內容過多，我們可以使用more或less命令結合管道查看，也可以使用輸出重定向來查看
• ATT與Intel匯編代碼格式

數據格式

• C語言數據類型在X86-64中的大小。在64位機器中，指針長8字節。

訪問信息

• 整數寄存器
  • esi edi可以用來操縱數組
  • esp ebp用來操縱棧幀
  • 32位的eax,16位的ax,8位的ah,al都是獨立的

  

• 操作數格式（s=1, 2, 4, 8）

• MOV相當於賦值
• 不能從內存直接MOV到另一個內存，要用寄存器中轉
• MOV指令示例（源操作數，目的操作數）
  
• MOV指令大小匹配，MOVZ和MOVS將較小的源值復制到較大的目的
  • MOVZ類將目的中剩余的字節填充為0
    
  • MOVS類通過符號擴展來填充，把源操作數的最高位進行賦值
    
• 局部變量通常是保存在寄存器中，而不是內存中。訪問寄存器比訪問內存要快得多。
• 當執行強制類型轉換既涉及大小又涉及C語言中符號變化時應該先改變大小。
• 棧
  • 壓棧：減小棧指針的值，再存放數據
  • 彈棧：從內存中讀數據，並增加棧指針的值
  • 棧“頂”在底部

算術和邏輯操作

• 加載有效地址指令leaq實際上是movq指令的變形。將有效地址寫入到目的操作數，目的操作數必須是一個寄存器。
• 加1、減1、取負、取補操作：一元操作，操作數是寄存器或內存位置
• 加、減、乘、除、異或、或、與：二元操作，第一個操作數可以是立即數、寄存器或是內存位置，第二個操作數可以是寄存器或是內存位置
• 移位操作：移位量可以是一個立即數，或者放在單字節寄存器%cl中
• 減法：第二操作數-第一操作數

控制

• 條件碼
  • CF：進位
  • ZF：零
  • SF：符號
  • OF：溢出
• 跳轉指令
  • 無條件跳轉
    • 直接跳轉給出一個標號作為跳轉目標。jmp .L
    • 簡介跳轉：‘*’後面跟一個操作數指示符
      • 用寄存器中的值作為跳轉目標：jmp *%r
      • 用進村其中的值作為讀地址：jmp *(%r)
  • 有條件跳轉（只能是直接跳轉）
    • 指令的名字和跳轉條件與SET指令的名字和設置條件是相匹配的

• if-else

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

• do-while循環

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

• while循環
  • 跳轉到中間

      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循環

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

  while循環的翻譯方式根據優化等級決定。

過程

教材學習中的問題和解決過程

• 【問題一】如何將匯編代碼編寫的函數與C函數組合？
• 【問題二】如何在C程序中嵌入匯編代碼？
• 【問題三】leaq作為加載有效地址指令，實際上是movq的變形。那麽leaq與movq的用法有什麽不同？
• 【問題三】CMP和SUB用在什麽地方？
  • CMP應該是用在對操作數進行測試的時候，比如，可以測試某個數與已知數的大小關系等；而SUB執行的是減法操作，用於普通運算中
• 【問題四】while循環有兩種翻譯方式，這兩種翻譯方式分別什麽時候使用呢？
  • 較低優化等級編譯時（-Og）會采用跳轉到中間的策略，較高優化等級時采用guarded-do策略

代碼調試中的問題和解決過程

• 問題1：XXXXXX
• 問題1解決方案：XXXXXX
• 問題2：XXXXXX
• 問題2解決方案：XXXXXX
• ...

代碼托管

（statistics.sh腳本的運行結果截圖）

上周考試錯題總結

• 錯題1及原因，理解情況
• 錯題2及原因，理解情況
• ...

課後重點習題

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，可選）

xxx
xxx

學習進度條

嘗試一下記錄「計劃學習時間」和「實際學習時間」，到期末看看能不能改進自己的計劃能力。這個工作學習中很重要，也很有用。
耗時估計的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，訓練次數多了，X、Y就接近了。

參考：軟件工程軟件的估計為什麽這麽難，軟件工程 估計方法

• 計劃學習時間:XX小時

• 實際學習時間:XX小時

• 改進情況：

(有空多看看現代軟件工程 課件
軟件工程師能力自我評價表)

參考資料

• 《深入理解計算機系統V3》學習指導
• ...

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