20145240 《信息安全系统设计基础》第五周学习总结
教材学习内容总结
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。
8060的分段模式
IA32的带保护模式的平坦模式
程序编程
1、代码含义
gcc -01 -o p p1.c
-
-01 表示使用第一级优化。优化的级别与编译时间和最终产生代码的形式都有关系，一般认为第二级优化-02 是较好的选择。
-
-o 表示将p1.c编译后的可执行文件命名为p
2、机器级编程的两种抽象
- 指令集结构ISA
是机器级程序的格式和行为，定义了处理器状态、指令的格式，以及每条指令对状态的影响。
- 机器级程序使用的存储器地址是虚拟地址
看上去是一个非常大的字节数组，实际上是将多个硬件存储器和操作系统软件组合起来。
执行汇编命令：gcc –s xxx.c –o xxx.s
反汇编命令：objdump –d xxx
64位处理器得到32代码的命令：gcc –m32 –s xxx.c
访问信息
1、三种操作数：
立即数：常数值。表示为$c标准表示的整数。
寄存器：表示某个寄存器的内容。
存储器：根据计算出来的地址访问某个存储器位置
2、数据传送指令
-
栈的特点
a、 遵循“后进先出”的原则 b、 push压栈，pop出栈 c、 栈顶：总是从这端插入和删除元素 d、 栈顶元素的地址是最低的 e、 栈指针%esp保存着栈顶元素的地址
3、数据传送示例
局部变量通常保存在寄存器中；
寄存器访问比存储器访问要快的多。
算术和逻辑操作
1、四组操作
加载有效地址：将有效地址写入目的操作数，目的操作数必须是寄存器。
一元操作：只有一个操作数，可以是寄存器也可是存储器位置。
二元操作：源操作数是第一个，可以是立即数、寄存器、存储器 ；目的操作数是第二个，可以是寄存器、存储器；两个不能同时为存储器。
移位##：第一个是移位量，用单个字节编码（只允许0-31位的移位），可以是立即数或者放在单字节寄存器%cl中 ；算术右移SAR，填上符号位；逻辑右移SHR，填上0。目的操作数可以是一个寄存器或存储器。
2、特殊的算术操作
控制
1、条件码
CF:进位标志
ZF:零标志
SF:符号标志
OF:溢出标志
2、访问条件码
- 条件码常用的使用方法
根据条件码的某个组合，将一个字节设置为0或1。
SET指令根据t=a-b的结果设置条件码；
可以条件跳转到程序的某个其他部分；
可以有条件的传送数据。
3、跳转指令及其编码
-
jump指令
直接跳转：后面跟标号作为跳转目标 间接跳转：*后面跟一个操作数指示符 -
其他跳转指令
除了jump指令外，其他跳转指令都是有条件的。有条件跳转是指根据条件码的某个组合，或者跳转或者继续执行下一条指令。
4、翻译条件分支
将条件表达式和语句从c语言翻译成机器语言，最常用的方式就是结合有条件和无条件跳转。
5、循环
-
循环结构的三种形式
do-while：先执行循环体语句，再执行判断，循环体至少执行一次。 while： 把循环改成do-while的样子，然后用goto翻译 for： 把循环改成do-while的样子，然后用goto翻译
汇编中用条件测试和跳转组合实现循环的效果。大多数汇编器根据do-while形式来产生循环代码，其他的循环会首先转换成do-while形式，然后再编译成机器代码。
6、条件传送指令
- 实现条件转移的方式
传统方式： 利用控制的条件转移。当条件满足时就，程序沿着一条执行路径进行，而当条件不满足时，就走另一路径。
数据的条件转移方式。
图
注意：基于条件数据传送的代码比基于条件控制转移的代码性能好。
7、switch语句
跳转表是一种非常有效的实现多重分支的方法，是一个数组，表项i是一个代码段的地址，这个代码段实现当开关索引值等于i时程序应该采取的动作。
过程
1、栈帧结构
机器用栈来传递过程参数、存储返回信息、保存寄存器用于以后恢复，以及本地存储。为单个过程分配的那部分栈称为栈帧。
最顶端的栈帧以两个指针界定，寄存器%ebp为帧指针，寄存器%esp为栈指针。
2、转移控制
-
call指令
call指令有一个目标，即指明被调用过程起始的指令地址。 call指令的效果是将返回地址入栈。并跳转到被调用过程的起始处。 -
ret指令
ret指从栈中弹出地址，并跳转到这个位置。 ret指令返回到call指令后的那条指令。 -
leave指令
leave指令可以使栈做好返回的准备 等价于：
movl %ebp,%esp
popl %ebp
3、寄存器使用惯例
- 程序寄存器组是唯一能被所有过程共享的资源。
惯例是为了防止一个过程P调用另一个过程Q时寄存器中的值被覆盖
-
使用惯例：
%eax,%edx,%ecx 调用者保存寄存器 %ebx,%esi,%edi 被调用者保存寄存器 %ebp,%esp 保持寄存器 -
保存某值的两种方式
由调用者保存。在调用之前就压进栈。
由被调用者保存，在刚被调用的时候就压进栈，并在返回之前恢复。
gdb调试
实验练习中的问题和解决过程
使用gcc –S –o main.s main.c -m32命令编译成汇编代码，如下代码中的数字和函数名请自行修改以防与他人雷同
- 通过cat命令查看汇编代码
- 删除gcc产生代码中以"."开头的编译器指令，针对每条指令画出相应栈帧的情况
- 注释了栈帧情况的汇编代码
- 详解
main函数保存%ebp，并设置新的帧指针。
pushl %ebp
movl %esp，%ebp
分配4字节的栈空间
subl $4,%esp
设置 arg1=8
movl $8,(%esp)
call调用f
f被调用，初始化帧指针，分配栈空间。
将（%esp）中的8给 %eax，即存入栈中
movl %eax，（%esp）
call调用g
g被调用，初始化栈指针，分配栈空间
将 %eax 与立即数 20145240 相加
add $20145240,%eax
在g结束前弹栈
popl %ebp
ret返回f中call的调用位置
f也结束，return返回main中call调用的位置
main继续 %eax 加3的操作
addl $3，%eax
leave为返回准备栈，相当于%ebp出栈,最后ret结束。
教材学习中的问题和解决过程
1.在命令行使用-s，就能得到c语言产生的汇编代码
- 将带
.的部分删除，并再次查看code.s文件
- 为了便于记录可通过
set nu命令增添行数
- 查看代码的二进制代码，这里出现了乱码
2.在main.c文件中生成可执行文件prog
- 反汇编prog文件
3.带选项-s运行GCC时
课本习题遇到的问题和解决办法
一开始在做练习题3.15的B题，思考为什么是ox8048359-25，-25是oxe7的补码表示，但25是转换成十进制的数，为什么可以直接和十六进制的数进行运算，为什么不能直接ox8048359+oxe7计算，这样的结果是ox8048440，但按照答案的解释是 ox8048340。结果发现是自己忽略了补码的问题。
心得体会
明显感觉这周比上周学习的认真多了，与多敲代码是密不可分的，增加的练习对掌握知识很有作用，希望自己能坚持下去。
本周代码托管截图
- 链接
http://git.oschina.net/20145240lsj/lsj20145240/tree/master
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 | 1/2 | 20/20 | |
| 第二周 | 300/500 | 1/3 | 18/38 | |
| 第三周 | 200/1000 | 1/4 | 22/60 | |
| 第五周 | 200/1300 | 1/5 | 20/80 |