20145211《信息安全系统设计基础》第五周学习总结——暗暗不曾闻

教材学习内容总结

寻址方式历史

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

数据格式

由于是从16位体系结构扩展成32位，intel用术语字（word）表示16位数据类型，因此32位为双字（double words），64位数为4字（quad words）。

以下是比较容易模糊的数据类型大小：

32位机上：float 4 long int 4 double 8 longlong 8 char* 4 unsigned long 4

64位机上：float 4 long int 8 double 8 longlong 8 char* 8 unsigned long 8

另外，GCC 用long double表示扩展精度(10字节)，出于存储器性能考虑，会被存储为12字节

访问信息

一个IA32 CPU包含一组8个存储32位值的寄存器，用以存整数数据和指针：eax,ecx,edx,ebx,esi,edi esp,ebp。大多数情况下前六个都用作通用寄存器，eax,ecx,edx的存储和恢复惯例不同于ebx,edi,esi（前三者为被调用者保存，后三者为调用者保存，详见3.7.3）；最后两个用于存储指针，由于在过处理中非常重要，分别指向栈帧的顶部和底部，必须保持。

操作数指示符

大多数指令有一到多个操作数，操作数有三种：

立即数：即常数值

寄存器：表示某个寄存器内容

存储器引用：根据计算出来的地址（通常称有效地址）访问某个存储器位置

因此寻址方式也有多种，如：立即数寻址、寄存器寻址、绝对寻址、间接寻址、变址寻址、伸缩化 的变址寻址……

数据传送指令

几个重要数据传送指令：mov族（之所以称这为族是因为mov指令还有很多兄弟指令如movb、movw、movsb、movzb，这是我个人对它们的称呼，便于记忆mov其他几个比较低调的兄弟）、pop、push。同时，对于mov族，movb、movw自不必做过多解释，movsb、movzb分别为符号扩展、零扩展，它们只拷贝一个字节，源操作数均为单字节，并设置目的操作数中其余的位，效果如下：

初始假设：%dh=8D %eax=98765432

1 movb %dh,%al ;%eax=9876548D

2 movsbl %dh,%eax ;%eax=FFFFFF8D（目的操作数高24位设为源字节最高位，在这里为很显然为1，所以前24位为全F）

3 movzbl %dh,%eax ;%eax=0000008D（目的操作数高24位被设为0）

对于pushl指令等价于：

subl $4,%esp

movl %ebp,(%esp) //注意这里的括号引起的差别

popl指令等价于：

movl (%esp),%eax

addl $4,%esp

问题解决

数据传输实例

int exchange(int *xp, int y){
int x =  *xp;
*xp = y;
return x;
}

//*********汇编代码******/
//1 movl 8(%ebp),%eax   Get xp
//2 movl 12(%ebp),%edx  Get y
//3 movl (%eax),%ecx    Get x at *xp
//4 movl %edx,(%eax)    Store y at *xp
//5 movl %ecx,%eax      Set x as return value

通过汇编代码可以得到两点收获：

指针其实是地址，间接引用指针就是将该指针放在一个寄存器中 ，然后在间接存储器引

用中引用这个寄存器

局部变量通常保存在寄存器中，而不是存储器（个人猜测应该是局部变量属于动态

分配，局部变量因此被动态置入寄存器，而非存储器）

课后习题解答(家庭作业)

3.54

int decode2(int x ,int y, int z)
{
int a = z - y;
int b = (a << 15) >> 15;
return (x ^ a) * b;
}

3.55

typedef long long ll_t;

void store_prod(ll_t *dest, ll_t x, int y){
*dest = x*y;
}

// dest at %ebp+8, x at %ebp + 12, y at %ebp + 20
movl   12(%ebp), %esi        //将x的低位存到%esi
movl   20(%ebp), %eax       //将y存到%eax
movl   %eax, %edx
sarl   $31, %edx                  //将(y >> 31)存到%edx
movl   %edx, %ecx
imull   %esi, %ecx             //计算x_low * (y >> 31)存到%ecx
movl   16(%ebp), %ebx    //将x的高位存到%ebp
imull   %eax, %ebx           //计算x_high * y
addl   %ebx, %ecx           //计算 x_high * y + x_low * (y >> 31) 存到%ecx
mull   %esi                       //计算y * x_low 的无符号64位乘积
leal   (%ecx, %edx), %edx    //将64位乘积的高位与x_high * y + x_low * (y >> 31)得到最终结果的高位
movl   8(%ebp), %ecx
movl   %eax, (%ecx)
movl   %edx, 4(%ecx)          //将结果写入目的内存地址

说明：
该汇编代码其实是y扩展至64位再进行两个64位数的乘积然后进行截断得到的。

事实上有：

y *{signed} x =
(y_high * 2^32 + y_low) *{signed} (x_high * 2^32 + x_low) =
y_high *{signed} x_high * 2^64 +
y_high *{signed} x_low * 2^32 +
y_low *{signed} x_high * 2^32 +
y_low *{signed} x_low(有符号的x_low与无符号的x_low相等，故可用mull指令)

而y_high *{signed} x_high由于乘以2^64，所以对结果不会产生影响。

3.56写出loop函数原型

int loop(int x, int n)
{
int result = 0x55555555;
int mask;
for(mask = 0x80000000;mask !=0; mask = (unsigned)mask >> (n & 0xFF))
{
result ^= x & mask;
}
return result;
}

3.57用条件传送指令写函数cread_alt

movl    20(%esp), %eax
movl    $0, 12(%esp)
leal    12(%esp), %edx
testl   %eax, %eax
cmove   %edx, %eax
movl    (%eax), %eax
addl    $16, %esp
.cfi_def_cfa_offset 4
ret

3.58

int switch3(int *p1,int *p2,mode_t action)
{
int result = 0;
switch(action){
case MODE_A:
result = *p1;
*p1 = *p2;
break;
case MODE_B:
result = *p1 + *p2;
*p2 = result;
break;
case MODE_C:
*p2 = 15;
result = *p1;
break;
case MODE_D:
*p2 = *p1;
result = 17;
break;
case MODE_E:
result = 17;
break;
default:
result = -1;
break;
}
return result;
}

本周代码托管

补附第四周博客链接

20145211《信息安全系统设计基础》第4周的一点学习~

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	120/200	1/2	16/16	学习Linux核心命令
第二周	100/200	1/3	30/46	学习vim，gcc以及gdb的基本操作
第三周	30/230	1/4	15/61	对信息的表示和处理有更深入的理解
第四周	30/260	1/5	22/83	双系统的探索
第五周	130/390	1/6	25/108	汇编的深入学习

参考资料

《深入理解计算机系统V2》学习指导

《信息安全系统设计基础》 课程教学

2016-2017-1 《信息安全系统设计基础》教学进程

现代软件工程讲义 0 课程概述

现代软件工程 习而学的软件工程教育

现代软件工程讲义 1 软件工程概论