20145236《信息安全系统设计基础》第5周学习总结
第三章 程序的机器级表示
3.1 X86 寻址方式的变化：
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DOS时代的平坦模式，不区分用户空间和内核空间，很不安全；
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8086的分段模式；
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IA32的带保护模式的平坦模式
3.2 程序编码
gcc -01 -o p p1.c
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-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。
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-o 表示将p1.c编译后的可执行文件命名为p
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计算机系统使用了多种不同形式的抽象，对于机器级编程来说，两种抽象尤为重要。第一种是机器级程序的格式和行为，定义为指令集体系结构（ISA),他定义了处理器状态、指令的格式，以及每条指令对状态的影响。
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程序计数器(CS:IP)
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整数寄存器（AX,BX,CX,DX）
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条件码寄存器（OF,SF,ZF,AF,PF,CF）
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浮点寄存器
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3.2.1 一些处理器状态
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PC，即程序计数器，用来指示将要执行的下一条指令在存储器中的地址；
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整数寄存器，存储数据；条件码寄存器，保存逻辑指令状态信息。
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gcc -S xxx.c 可以得到C语言编译器产生的汇编代码，但不会做其他工作；使用“-c”命令，GCC就会编译并汇编该代码，得到二进制文件XXX.o。由此可见，机器执行的实际上是对一系列指令进行编码的字节序列。
3.2.2 函数中通用的汇编语句：
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pushl %ebp //将该寄存器内容全部压入程序栈
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movl %esp,%ebp
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addl %eax,accum
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popl %ebp
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64位机器上想要得到32代码：gcc -m32 -S xxx.c
3.3 数据格式
- 数据传送指令的三个变种：
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movb 传送字节
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movw 传送字
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movl 传送双字
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反汇编器：
根据目标代码产生一种类似于汇编代码的格式。在linux中，objdump -d xxx.o 可以实现 -
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：
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od code.o | more
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od code.o > code.txt
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Linux的汇编格式为ATT格式，而Windows的为Intel格式。二者在语法上有区别——后者省略了指示大小的后缀、寄存器前的%等。
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寻址方式的通用公式：
有效地址可以表示为Imm+R[Eb]+R[Ei]*s。Imm为立即数偏移；Eb为基址寄存器；Ei为变址寄存器；s为比例因子。如：-
Ea——操作数值：R[Ea]
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（Ea）——操作数值：M（R[Ea]）
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Imm(Ea)——操作数值：M(Imm+R[Ea])
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3.5 逻辑操作表示：
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leal——加载有效地址；将数据从存储器读到寄存器
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NEG——取负
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SUB S,D——将D-S的结果送至D
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移位操作 SAL,SHL,SAR,SHR的移位量可以是立即数或%cl中的数
跳转指令：
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无条件跳转——jmp.<标号> 跳转到标号所指示的语句处；jmp *<操作数指示符> 【注意：如果形如%eax，即以%eax中的值作为跳转目标；而形如（%eax）则是以其中的值作为地址，读出跳转目标】
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有条件跳转——类似于SET类指令，是根据条件码或者其组合来跳转
3.6 循环
- do-while语句等价的goto语句——
loop:
body-statement
t = test-sxpr;
if(t)
goto loop;
- while语句等价的goto语句——
t = test-sxpr;
if(!t)
goto done;
loop:
body-statement
t = test-sxpr;
if(t)
goto loop;
done:
3.7 过程
转移控制——
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call指令：后接被调用过程的起始的指令地址。效果是将返回地址入栈，并跳转到被调用过程的起始处。
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ret指令：从栈中弹出地址，并跳转到这个位置。
【二者配合，实现函数调用时的衔接：即，call类似于先行的探险者，将迷宫入口处的地址存到某个安全的地方，然后探索迷宫（函数）；ret类似于保障人员，在探险完成之后将该地址取出来，带领程序回到最初的入口处，接着走大路（主程序）】
教材习题解答
3.3
- 找出下列代码的错误之处？
movb $0xf,(%bl) ---目的操作数只能是一个寄存器或者一个存储器地址。（%bl）表示一个值
movw (%eax),4(%esp)---目的操作数与源操作数不能都是存储器
movb %si, 8(%ebp)---指令后缀与寄存器地址不匹配
3.5
- xp,yp,zp分别存储在相对于寄存器%edp中地址值偏移8、12、16的地方。试写出与以下代码等价的C语言代码
movl 8(%ebp),%edi
movl 12(%ebp),%edx
movl 16(%ebp),%ecx
movl (%edx),%ebx
movl (%ecx),%esi
movl (%edi),%eax
movl %eax,(%edx)//将x存储到yp
movl %ebx,(%ecx)//将y存储到zp
movl %esi,(%edi)//将z存储到xp
- 代码如下：
void decode1(int *xp,int *yp,int *zp)
{
int x=*xp;
int y =*yp;
int z = *zp;
*yp = x;
*zp = y;
*xp = z;
}
3.6
- 假设寄存器%eax的值为x，%ecx的值为y。填写下表，指明下面每条汇编代码指令存储在寄存器%edx中的值。
leal 6(%eax),%edx——6+x
leal (%eax,%ecx),%edx——x+y
leal (%eax,%ecx,4),%edx——x+4y
leal 7(%eax,%eax,8),%edx——7+9x
leal 0xA(,%ecx,4),%edx——10+4y
leal 9(%eax,%ecx,2),%edx——9+x+2y
3.9
- 基于给出的汇编代码，补充C语言中缺失的代码：
movl 12(%ebp),%eax
xorl 8(%ebp),%eax
sarl $3,%eax
notl %eax
subl 16(%ebp),%eax
- C语言代码：
int arith(int x,int y,int z)
{
int t1 = x^y;
int t2 = 3*t1;
int t3 = ~t2;
int t4 = t3-z;
return t4;
}
3.14
- 根据以下C语言代码：
int test(data_t a)
{
return a TEST 0;
}
根据以下每条指令序列，确定哪种数据类型和比较TEST会使编译器产生这样的代码？
A. testl %eax,%eax setne %al
后缀是‘l’，表明是32位操作数，且data_t可以是int,unsigned和指针；而ne表示比较类型是 !=，对有无符号的数字都成立;对于unsigned，比较还可以是>
B. testw %ax,%ax sete %al
后缀是‘w’，表明是16位操作数，且比较是 ==，则data_t一定是short或者unsigned short
C. testb %al,%al setg %al
后缀是‘b’，表明是8位操作数，且比较是对补码的‘>’ ,则data_t一定是char
D. testw %ax,%ax seta %al
后缀‘w’和寄存器指示符表明是16位操作数，且比较是对无符号的‘>’，则data_t一定是unsigned short。对于short或者unsigned short类型，比较也可以是！=。
3.16
- 已知下列C语言代码：
void cond(int a,int *p)
{
if(p&&a>0)
*p +=a;
}
按照与汇编代码等价的C语言goto版本，写一个与之等价的C语言代码。 答：
void goto_cond(int a,int *p)
{
if(p == 0)
goto done;
if(a<=0)
goto done;
*p +=a;
done:
return;
}
- 请说明为什么C语言代码中只有一个if语句，而汇编代码包含两个条件分支？
答：第一个条件分支是&&表达式实现的一部分。如果对p为非空的测试失败，代码会跳过对a>0的测试。
3.22
- 根据汇编代码，补充对应的C语言代码空缺部分
movl 8(%edp),%edx //x at %edp+8
movl $0,%eax
testl %edx,%edx
je .L7
.L10:
xorl %edx,%eax
shrl %edx //shift right by 1
jne .L10
.L7:
andl $1,%eax
对应的C语言代码是：
int fun_a(unsigned x)
{
int val = 0;
while(x!=0)
{
val = val ^ x;
x>> = 1;
}
return val & 0x1;
}
- 这段代码的功能？ 【如果x有奇数个1，就返回1；如果有偶数个1，就返回0】
3.23
- 函数fun_b经GCC编译之后产生如下汇编代码：
movl 8(%ebp),%ebx //x at %ebp+8
movl $0,%eax
movl $0,%ecx
.L13:
leal (%eax,%eax),%edx
movl %ebx,%eax
andl $1,%eax
orl %edx,%eax
shrl %edx
addl $1,%ecx
cmpl $32,%ecx
jne .L13
对应的C语言代码：
int fun_b(unsigned x)
{
int val = 0;
int i;
for(i =0;i<32;i++)
{
val = (val<<1) | (x & 0x1);
x>> =1;
}
return val;
}
- 这段代码的功能？ 【把x的位（十六进制）翻转过来填入val】
3.29
- 根据给出的的汇编代码，填写补充C源代码
int switcher(int a,int b,int c)
{
int answer;
switch(a)
{
case 5 :
c = b ^ 15;
case 0 :
answer = c+112;
case 2 :
case 7 :
answer = c+6;
break;
case 4 :
answer = a;
break;
default :
answer = b;
}
return answer;
}
3.30
- 下面的代码片段常常出现在库函数的编译版本中：
call next
next:
popl %eax
A.寄存器%eax被设置成了什么值？
%eax被设置成popl的地址。
B.解释为什么这个调用没有与之匹配的ret指令
这不是一个真正的过程调用，因为根本是按照与指令相同的顺序进行的，而返回值是从栈中弹出的。
C.这段代码完成了什么功能？
这是IA32中将程序计数器中的值放到整数计数器中的唯一办法。