信息安全系统设计基础期中总结

计划学习时间：210分钟 实际学习时间：230分钟。

一、查找或帮助命令

man -k：

man 3 printf

1.Linux 2.系统调用 3.c语言

grep -nr查找某个宏 grep -nr XXX /usr/include（XXX为宏）

n：为显示行号
r：为递归查找

二、工具

vim

Make和Makefile自动化编译

Makefile一般写法：

一个Makefile文件主要含有一系列的规则，每条规则包含以下内容：

需要由make工具创建的目标体，通常是可执行文件和目标文件，也可以是要执行的动作，如‘clean’；

要创建的目标体所依赖的文件，通常是编译目标文件所需要的其他文件。

创建每个目标体时需要运行的命令，这一行必须以制表符TAB开头

格式为：

test(目标文件): prog.o code.o(依赖文件列表)
tab(至少一个tab的位置) gcc prog.o code.o -o test(命令)
.......
即：
target: dependency_files
command

三、正则表达式

作用：

验证是否匹配

查找

替换

规则：

\ 特殊符号，表示后面的字符本身

[ ] 匹配其中任意字符，但每次匹配只匹配一个

[^ ] 匹配除其中的任意字符，每次匹配只匹配一个

{n} 次数修饰，重复n次，具体如下：

?= {0,1}
+= {1, }
*= {0, }
{m,n}：至少为m，至多为n

匹配方法：

^ 从字符串开始的地方匹配

$ 从字符串结束的地方匹配

| 可以匹配左或者右

() 1.次数修饰中，可以表示当做整体；2.结果中，可以表示单独表示

四、静态库与动态库

[/code]

静态库

创建该库：

gcc -c addvec.c multvec.c
ar rcs libvector.a addvec.o multvec.o

参数：

ar -r：在库中插入模块（替换）
-c：创建一个库
-s：写入一个目录文件索引到库中
即：把两个.o文件归档成静态库存档文件.a并且写入目录文件索引到库中

创建它的可执行文件

gcc -02 -c main2.c
gcc -static -o p2 main2.o ./libvector.a

相关参数含义：

gcc -02 和-0都是代码优化指令，可以减少编译时间
-c 只编译，不连接成为可执行文件
-static 告诉编译器驱动程序，链接器应该构建一个完全链接的可执行目标文件
-o 命名生成文件

动态库（linux）

构造创建共享库：

gcc -shared -fPIC -o libvector.so addvec.c multvec.c

参数解析：

-fPIC	指示编译器生成与位置无关的代码
-shared 指示链接器创建一个共享的目标文件
-o 	命名生成文件

链接程序

gcc -o p2 main2.c ./libvector.so

创建一个可执行目标文件p2，在运行时可以和动态库libverctor.so链接。

五、课本

1.第一章：计算机系统漫游

（1）信息=位+上下文

（2）冯式结构

（3）存储系统核心思想———缓存

（4）操作系统核心抽象

（5）查看源文件用od 命令 ： od -tc -tx1 hello.c

2.链接

（1）链接器的两个任务

（2）目标文件的三种形式

（3）目标文件格式

（4）readelf命令

（5）全局符号

（6）处理目标文件的工具

- AR			创建静态库，插入、删除、列出和提取成员
- STRINGS		列出一个目标文件中所有可打印的字符串
- STRIP			从目标文件中删除符号表中定义的符号
- NM			列出一个目标文件中节的名字和大小
- READELF		显示一个目标文件的完整结构
- OBJDUMP		二进制工具之母，可以显示一个目标文件中所有的信息

3.信息的表示和处理

（1）三种数字

无符号数、有符号数（2进制补码）、浮点数

补码是利用寄存器的长度是固定的特性简化数学运算，只要一个加法器就可以实现所有的数学运算。

进制转换：拿二进制作中间结果

（2）信息存储

gcc -m32 可以在64位机上（比如实验楼的环境）生成32位的代码

字节顺序是网络编程的基础

- 小端是“高对高、低对低”
- 大端是“高对低、低对高”

逻辑运算（结果是1或0）和位运算（结果是位向量）

只要一个与非门，就可以完成所有的逻辑运算。

掩码是位运算的重要应用，对特定位可以置一，可以清零

（3）整数表示与运算

C语言中有符号数和无符号数的转换规则，位向量不变——信息就是位+上下文。

0扩展和符号扩展

零扩展：要将一个无符号数转换为一个更大的数据类型，只需简单的最高位前加0。
符号扩展：将一个补码数字转换为一个更大的数据类型，在表示中添加最高有效位值的副本。

（4）浮点数——IEEE浮点表示

IEEE浮点标准用

V = (-1)^s × M × 2^E

的形式来表示一个数

- 符号：s决定这个数是负数（s=1）还是正数（s=0），而对于数值0的符号位解释作为特殊情况处理。
- 尾数：M是一个二进制小数，它的范围是1～2-ε，或者是0～1-。
- 阶码：E的作用是对浮点数加权，这个权重是2的E次幂（可能是负数）。

4.程序的机器级表示

（1）寻址方式三代

DOS时代的平坦模式，不区分用户空间和内核空间，很不安全
8086的分段模式
IA32的带保护模式的平坦模式

（2）ISA指令集体系结构

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。

[/code]

（3）编译过程：

-
- 用objdump -d xxx.o -o xxx.s 反汇编

（4）算术和逻辑操作

加载有效地址

leal，从存储器读数据到寄存器，而从存储器引用的过程实际上是将有效地址写入到目的操作数。目的操作数必须是一个寄存器。

一元操作和二元操作

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。
二元操作：第二个操作数既是源又是目的，两个操作数不能同时是存储器。

（5）栈帧

栈帧结构

- 为单个过程分配的栈叫做栈帧，寄存器%ebp为帧指针，而寄存器指针%esp为栈指针，程序执行时栈指针移动，大多数信息的访问都是相对于帧指针。
- 栈向低地址方向增长，而栈指针%esp指向栈顶元素。

转移控制

- call：目标是指明被调用过程起始的指令地址，效果是将返回地址入栈，并跳转到被调用过程的起始处。
- ret：从栈中弹出地址，并跳转到这个位置。
- 函数返回值存在%eax中

5.处理器体系结构

（1）Y86指令集体系结构

程序员可见的状态（Y86程序中的每条指令都会读取或修改处理器状态的某些部分）

- 8个程序寄存器：%eax,%ecx,%edx,%ebx,%esi,%edi,%esp和%ebp。
- 条件码：ZF(零)、SF（符号）、OF（有符号溢出）
- 程序计数器（PC）：存放当前正在执行的指令的地址
- 存储器：很大的字节数组，保存着程序和数据。Y86系统用虚拟地址来引用存储器的位置，硬件和操作系统软件联合起来将虚拟地址翻译成实际或者物理地址。
- 状态码（stat）：表明程序执行的总体状态。（异常处理）

指令编码规则

高4位为代码部分，低四位为功能部分

Y86异常（状态码：描述程序执行的总体状态。）

值		名字		含义
1		AOK		正常操作
2		HLT		处理器执行halt指令（指令停止）
3		ADR		遇到非法地址
4		INS		遇到非法指令

（2）逻辑设计和硬件控制语言HCL

实现一个数字系统需要的三个组成部分

- 计算对位进行操作的函数的组合逻辑
- 存储位的存储器元素
- 控制存储器元素更新的时钟信号

6.存储器层次结构

（1）三种常见存储技术：RAM/ROM/磁盘

随机访问存储器（RAM）

静态RAM（SRAM）
动态RAM（DRAM）

非易失性存储器（ROM）

可编程ROM（PROM）：只能被编程一次。PROM每个存储单元有一种熔丝，只能用高电流熔断一次。

可擦写可编程ROM（EPROM）：紫外线光照射过窗口，EPROM就被清除为0，被擦除和重编程的次数为1000次。

电子可擦除ROM（EEPROM）：不需要一个物理上独立的编程设备，因此可以直接在印制电路卡上编程，能够编程的次数为10^5。

闪存：基于EEPROM，为大量的电子设备提供快速而持久的非易失性存储。

磁盘

- 磁盘结构：盘片、磁道、扇区、间隙、柱面
- 磁盘容量：记录密度、磁道密度、面密度
- 访问时间：寻道时间+旋转时间+传送时间
- 访问磁盘：CPU使用一种称为存储器映射I/O的技术向I/O设备发出命令，地址空间中为I/O设备通信保留的地址称为I/O端口。

逻辑磁盘块

数据总线、控制总线、地址总线

系统总线、存储总线、I/O总线

读写事务：读事务，从主存传数据到CPU；写事务，从CPU传数据到主存。

（2）局部性

对程序数据引用的局部性

取指令的局部性

（3）存储器层次结构

中心思想：每层存储设备都是下一层的“缓存”

不命中率：不命中数量/引用数量

命中率：1-不命中率

高速缓存存储器结构

高速缓存的结构用

元组（S,E,B,m）

来描述，高速缓存的大小

C = S * E * B

- s个组索引位：一个无符号整数，说明字必须存储在哪个组中。
- t个标记位：组中的哪一行包含这个字。
- b个块偏移位：在B个字节的数据块中的字偏移。

参考资料：

1.《深入理解计算机系统》

2.博客每周测试解析

3.小组同学提问与老师的解析

20135202闫佳歆http://www.cnblogs.com/20135202yjx/p/4926597.html

六、习题

4.1Y86中 jmp 0x100 对应的机器码是（0x7000010000）
4.2Y86中 0xa00f 对应的汇编语句是（pushl %eax）
CH04 判断：Y86中，状态码INS表示遇到非法指令。（ok）
CH04 填空：创建Y86代码唯一的工具是（汇编器 or YAS）

4.24 填空：mem_write中为什么有IRMMOVL（ 寄存器往内存写 ）

七、收获

前面的自主学习，主要是针对老师的重点来学习的，并且学习的过程中，由于没有细细琢磨，只懂一些简单的概念，与简单的计算题，而更深入的题，就要看小组的提问与解析，或者自己问同学。

这次的期末总结，在综合各个同学的博客列出的知识点，把书翻看一遍，并把自己觉得并不熟练或者觉得重要的知识点记下来。过一遍老师给的重点掌握的知识，看了一遍每周的测试解析（这次看就觉得题目很简单了），在做家庭作业的过程中，感觉才是对知识的真正运用。比如，如何在32位的机器上进行64位的运算，这就要用到第二章的知识，感觉新鲜有趣，但是有时候也会遇到挫折。

我觉得有时候学习效率这种事，有时候是要靠逼出来的，计划自己多少个小时完成，就必须在时间段内全心去做，不要三心二意。

对于老师的课，我觉得虽然这个学期的学习压力很大，每周都公布成绩榜，让我的头上感觉随时都横着一把利刀，不进则退。但到了这个时候，回过头想想，自己曾经那么努力过，而且学到的知识，又与别的科目相连，学习并不是赔本的生意，迟早要学的，所以，趁现在，好好学。谢谢，老师！