2018-2019-1 20165228 《信息安全系統設計基礎》第三周學習總結

教材學習內容總結

程序的機器級表示：

計算機系統的兩種重要抽象

• ISA（Instruction set architecture)：指令集體系結構，機器級程序的格式和行為。定義了處理器狀態指令的格式，以及每條指令對狀態的影響。

• 機器級程序使用的存儲器地址是虛擬地址，提供的存儲器模型看上去是一個非常大的字節數組。存儲器系統實際表現是將多個硬件存儲器和操作系統軟件組合起來。

  匯編代碼及其特點

• 直接面向處理器的程序設計語言。編譯器將C語言代碼轉化為處理器執行的基本指令，匯編語言非常接近於機器代碼。

• 特點：可讀性相較於機器代碼更好的文本格式表示

  X86-64指令

  

• 指令長度：1到15字節不等

• 指令格式：OPER [DEST [, SRC]] ;註釋

  如何得到C語言代碼的匯編代碼

• 運行GCC編譯器產生一個匯編文件code.s

gcc -Og -S code.c
//-Og表示優化程度，比如-01表示使用第一級優化，優化的級別與編譯時間和最終產生代碼的形式都有關系。

• 使用-c命令選項，GCC編譯並匯編該代碼得到code.o

gcc -c code.c

• 目標代碼：二進制形式，無法直接查看，機器實際執行的程序只是對一系列指令進行編碼的字節序列。

  如何根據目標代碼得到可讀的內容

• 使用反匯編器（disassembler），可根據目標代碼產生一種類似於匯編代碼的格式。

objdump -d code.o

處理器：

• 程序處理器：只是下條將要執行的指令在存儲器中的地址
• 整數寄存器：包含16個命名的位置，分別存儲64位值。可用來記錄某些文件狀態，也可用來保存臨時值。
• 條紋寄存器：保存最近執行的算數或邏輯指令的狀態信息。

• 浮點寄存器：一組向量寄存器可以存放一個或多個證書或浮點數值。

  處理器的通用目的寄存器

• X86-64的中央處理單元(cpu)包含一組16個存儲64位值的通用目的寄存器

  匯編指令

• mov類指令：源操作數的值復制到目的操作數中。
• movb 傳送字節
• movw 傳送字
• movvl 傳送雙字
• movz 零擴展
• 一元操作
• INC 加一
• DEC 減一
• NEG 取負
• NOT 取補
• 二元操作
• ADD 加
• SUB 減
• IMUL 乘
• XOR 異或
• OR 或
• AND 與

• 控制

條件碼

 ```
 CF:進位標誌

 ZF:零標誌

 SF:符號標誌

 OF:溢出標誌
 ```

循環(while, for)

 C語言do-while循環：
  

     do
    body-statement
    while(test-expr);

 匯編實現形式：
 

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

尋址方式

• 立即數尋址：操作數在指令中直接給出，只能用於源操作數，數據長度應與目的操作數長度匹配。
• 寄存器尋址：數放在CPU的內部寄存器中，源操作數與目的操作數長度應一致。

• 存儲器尋址：操作數存放在存儲器中，指令中給出操作數的偏移地址信息。

  過程

• 一組指定的參數和一個可選的返回值實現某種功能。
• 形式：函數、方法、子例程、處理函數等。
• 實現過程需要的機器級支持機制
• 傳遞控制
• 傳遞數據

• 分配和釋放內存

  分配和釋放內存

• 棧上的局部存儲

• 寄存器中的局部存儲空間
  棧幀：過程活動記錄，是編譯器用來實現過程/函數調用的一種數據結構。邏輯上講，棧幀就是一個函數執行的黃精：函數參數、函數的局部變量、函數執行完後返回到哪裏等等。
  延伸方式：棧是從高地址向低地址延伸。每個函數的每次調用都有自己獨立的一個棧幀，即裏面維持著所需要的各種信息。寄存器ebp指向當前的棧幀的地步（高地址），寄存器esp指向當前的棧幀頂部（低地址）。

  異質的數據結構

• C語言的struct聲明創建一個數據類型，將可能不同類型的對象聚合到一個對象中。

• 結構的所有組成部分都存放在一段連續區域內，結構的指針就是結構第一個字節的地址。

  數據對齊

• 對於大多數x86-64指令來說，保持數據對齊能夠提高效率，但是它不會影響程序的行為。

  代碼調試中的問題和解決過程

• 問題1：GDB調試問題“No source file named file.c. Make breakpoint pending on future shared library load?”和“沒有符號表被讀取。請使用”file” 命令”

• 問題1解決方案：在編譯的時候，沒有加-g的選項，導致沒有產生調試符號。

  代碼托管

  學習進度條

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