2018-2019-1 20175319 《信息安全系统设计基础》第三周学习总结
教材学习内容总结
汇编语言
- 汇编语言
- 汇编语言是直接面向处理器的程序设计语言
- 是机器指令的一种符号表示
- 由一条条指令构成
- 近距离观察机器代码
- 代码编译过程
- 入门级概念
- 两个抽象
- 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，它定义了处理器状态、指令的格式，以及每条指令对状态的影响。
- 机器级程序使用的内存地址，提供的内存模型看上去是一个非常大的字节数组
- X86-64指令
- 指令长度：1到15个字节不等
- 指令格式：OPER [DEST [，SRC]] ；注释
- 两个抽象
- 生成汇编文件
使用GCC编译器
gcc -Og -S code.c
- 反汇编
使用OBJDUMP
gcc -c code.c
objdump -d code.o
处理器
数据格式
访问信息
- X86-64中，中央处理单元（CPU）包含一组16个存储64位值的通用目的寄存器，用来存储整数数据和指针。
- 操作数指示符
- 立即数
- 寄存器
- 内存引用
- 数据传送指令
mov类指令：将源操作数的值复制到目的操作数中。
- 寻址方式
- 立即数寻址
操作数在指令中直接给出
注意：只能用于源操作数，数据长度应和目标操作数长度匹配 - 寄存器寻址
数存放在CPU的内部寄存器中
注意：源操作数和目的操作数的长度应该一致 - 存储器寻址
操作数存放在存储器中，指令中给出操作数的偏移地址信息
- 立即数寻址
算术和逻辑操作
- 加载有效地址指令leal实际上就是movl指令的变形。它的指令形式是从存储器读取数据到寄存器，但实际根本没引用存储器。
- 一元操作:只有一个操作数，既是源又是目的，可以是一个寄存器，或者存储器位置。
- INC 加1
- DEC 减1
- NEG 取负
- NOT 取补
- 二元操作:第一个操作数可以是立即数、寄存器或者储存器位置；第二个操作数既是源也是目的。可以是寄存器或者储存器位置，但是不能同时是储存器位置。
- ADD 加
- SUB 减
- IMUL 乘
- XOR 异或
- OR 或
- AND 与
- 移位操作：先给出移位量，第二项给出要移位的数值。
- SAL 左移
- SHL 左移（等同于SAL）
- SAR 算术右移
- SHR 逻辑右移
- 特殊算术操作
- 乘法
- 乘积截断
- imull双操作数
- 从两个32位操作数产生一个32位的乘积。
- 乘积不截断
- mull无符号数乘法
- imull有符号数乘法
- 要求一个参数必须在寄存器%eax中，另一个作为指令的源操作数给出。
- 乘积的高32位在%edx中，低32位在%eax中。
- 乘积截断
- 除法
- 有符号除法
- idivl 操作数
- 将DX:AX中的64位数作为被除数，操作数中为除数
- 结果：商在AX中，余数在DX中。
- 无符号除法
- divl指令
- 通常会事先设定寄存器%edx为0.
- 乘法
控制类指令
- 条件码
- CF: 进位标志。最近的操作使用最高位产生了进位。可以用来检查无符号操作数的溢出。
- ZF: 零标志。最近的操作得出的结果为0.
- SF: 符号标志。最近的操作得到的结果为负数。
- OF: 溢出标志。最近的操作导致一个补码溢出——正溢出或负溢出。 - 常用的访问方法有三种：
（1）可以根据条件码的某个组合，将一个字节设置为0或者1
（2）可以条件跳转到程序的某个其他的部分
（3）可以有条件地传送数据
- CF: 进位标志。最近的操作使用最高位产生了进位。可以用来检查无符号操作数的溢出。
- SET指令：执行比较指令，根据计算t=a-b的结果设置条件码
- 跳转指令
- 无条件跳转
- 直接跳转：跳转目标是作为指令的一部分编码的
- 间接跳转：跳转目标是从寄存器或存储器位置中读出的
- 比较和测试指令
- 访问条件码指令
- 跳转指令
- 循环指令
- do-while 循环
do body-statement while(test-expr); - while 循环
while(test-expr) body-statement - for 循环
for(init-expr; test-expr; update-expr) body-statement
过程
- 过程:一组指定的参数和一个可选的返回值实现某种功能。
- 形式：函数、方法、子例程、处理函数等。
- 实现过程需要的机器级支持机制
- 传递控制：将控制从函数P转移到函数Q
- 传递数据：把数据作为参数传递，从过程不返回或返回一个或多个值
- X86-64中，可以通过寄存器最多传递6个整型参数
- 分配和释放内存
- 栈上的局部存储
- 寄存器中的局部存储空间
- 传递控制：将控制从函数P转移到函数Q
- 栈帧
- 栈帧也叫过程活动记录，是编译器用来实现过程/函数调用的一种数据结构。
- 寄存器ebp指向当前的栈帧的底部（高地址），寄存器esp指向当前的栈帧的顶部（低地址）。
- 函数栈帧
支持过程调用和返回的指令：
数组及数据结构
- 数组
- 嵌套的数组：
int A[5][3] - 定长数组：
#define N 16 typedef int fix_matrix[N][N] - 变长数组
int A[expr1][expr2]
- 嵌套的数组：
- 结构体
用关键字struct声明，将多个对象集合到一个单位中 - 联合体
用关键字union声明，允许用几种不同的类型来引用一个对象 - 数组分配和访问
Xa代表的是起始地址,汇编代码使用move指令来简化访问：
movl (%edx,%ecx,4),%eax
异质的数据结构
- 结构
- 所有的组成部分在存储器中连续存放，指向结构的指针指向结构的第一个字节。
- 结构的各个字段的选取是在编译时处理，机器代码不包含字段的声明或字段名字的信息。
- 联合
- 一个联合的总大小等于它最大字段的大小
- 指向一个联合的指针，引用的是数据结构的起始位置。
- 结构和联合的应用
- 如果两个数据互斥，减少空间
- 访问不同数据的位模式
- 使用不同的位模式访问数据
- 用有符号数据存储，而返回的确实无符号的数据。
- C语言提供了两种结合不同类型的对象来创建数据类型的机制：
- 结构(structure)，用关键字struct声明， 将多个对象集合到一个单位中。
- 联合(union), 用关键字union声明，允许用集中不同的类型来引用一个对象。
- 数据对齐
在计算机程序中将控制与数据结合
- 指针
- 指针用&符号创造、用*符号间接引用
- 指针从一个类型转为另外一个类型，只是伸缩因子变化，不改变它的值
- 指针可以指向函数
- GDB调试器
GDB支持对机器级程序的运行时评估和分析。
常用命令：
- 内存越界引用与缓冲区溢出
浮点代码
- XMM寄存器用来向函数传递浮点参数，以及从函数返回浮点值
- XMM寄存器%xmm0～%xmm7最多可以传递8个浮点参数。
- 函数使用寄存器%xmm0来返回浮点值
- 所有的XMM寄存器都是调用者保存的。被调用者可以不用保存就覆盖这些寄存器中任意一个
- GCC只用标量传送操作从内存传送数据到XMM寄存器或从XMM寄存器传送数据到内存。
代码学习内容
考试错题总结
- 1.下面的跳转指令与ZF有关的是（）
A.jmp B.je C.js
D.ja E.jb F.jbe
正确答案： B D F
解析：
- 2.x86-64 Linux中，有关MOV，下面正确的是（）
A .movw $0x50, %eax
B .movw %bp, %sp
C .movl ($1234), ($2345)
D .movb $10, (%rsp)
E .movq %rax, 4(%rbp)
F .movb (%rdi, %rcx), %ah
正确答案： B D E F
码云链接
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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 | 101/101 | 1/1 | 20/20 | |
| 第二周 | 49/150 | 1/2 | 18/38 | |
| 第三周 | 22/172 | 1/3 | 11/49 |
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。
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计划学习时间:XX小时
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实际学习时间:XX小时
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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)