20145240 《信息安全系统设计基础》第五周学习总结

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

参考资料

《深入理解计算机系统V2》学习指导

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