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2018-2019-1 20165226 《信息安全系统设计基础》第3周学习总结

news 来源：原创 2024/5/18 19:23:55

2018-2019-1 20165226 《信息安全系统设计基础》第3周学习总结

教材学习内容总结

1、机器级代码

①两种抽象

ISA（指令集体系结构或指令集架构）——定义机器级程序格式和行为
虚拟地址——机器级程序使用的内存地址

② 隐藏的处理器状态

程序计数器(pc,在x86-64中用%rip表示)——给出将要执行的下一条指令在内存中的地址。
整数寄存器文件包含16个命名的位置
条件码寄存器保存着最近执行的算术或逻辑指令的状态信息
一组向量寄存器可以存放一个或多个整数或浮点数值

③ gcc -S xxx.c -o xxx.s获得汇编代码，也可以用objdump -d xxx反汇编; 注意函数前两条和后两条汇编代码，所有函数都有，建立函数调用栈帧。

编译C语言代码时，使用-S只产生一个汇编文件xxxxx.s，使用-c时会编译并汇编该代码，产生目标代码文件xxxxx.o`
查看机器代码文件内容——反汇编器，objdump -d xxxxx.o
展示程序的字节表示——x/14xb xxxxx

2、代码示例：

int accum = 0;

int sum(int x, int y)
{
    int t = x + y;
    accum += t;
    return t;
}

输入gcc -c code.c
反汇编结果：

3、数据格式

C声明	汇编代码后缀	大小(字节)
char	b- 字节	1
short	w- 字	2
int	l- 双字	4
long	l- 双字	4
long long int	-	8
char *	l- 双字	4
float	s- 单精度	4
double	l- 双精度	8
long double	t- 扩展精度	10/12

movb：传送字节
movw：传送字
movl：传送双字（后缀‘l’也用来表示4字节整数和8字节双精度浮点数）
movq：传送四字

4、有效地址的计算方式 Imm(Eb,Ei,s) = Imm + R[Eb] + R[Ei]*s

5、跳转指令：

直接跳转——.L1
间接跳转——* 操作指示符
jmp *%rax——用寄存器%rax中的值作为跳转目标
jmp *（%rax）——以%rax值作为读地址，从内存中读出跳转目标

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教材学习中的问题和解决过程

问题1：教材P113中的gcc -0g -o p p1.c p2.c中的-0g表示什么优化等级，优化等级有哪些？
问题1解决方案：

-O0：不做任何优化，这是默认的编译选项。
-O和-O1：对程序做部分编译优化，对于大函数,优化编译占用稍微多的时间和相当大的内存。使用本项优化，编译器会尝试减小生成代码的尺寸，以及缩短执行时间，但并不执行需要占用大量编译时间的优化。
-O2：是比O1更高级的选项，进行更多的优化。Gcc将执行几乎所有的不包含时间和空间折中的优化。当设置O2选项时，编译器并不进行循环打开（）loop unrolling以及函数内联。与O1比较而言，O2优化增加了编译时间的基础上，提高了生成代码的执行效率。
-O3：比O2更进一步的进行优化。
-Os：主要是对程序的尺寸进行优化。打开了大部分O2优化中不会增加程序大小的优化选项，并对程序代码的大小做更深层的优化。（通常我们不需要这种优化）Os会关闭如下选项： -falign-functions -falign-jumps -falign-loops -falign-labels -freorder-blocks -fprefetch-loop-arrays

O0选项不进行任何优化，在这种情况下，编译器尽量的缩短编译消耗（时间，空间），此时，debug会产出和程序预期的结果。当程序运行被断点打断，此时程序内的各种声明是独立的，我们可以任意的给变量赋值，或者在函数体内把程序计数器指到其他语句,以及从源程序中精确地获取你期待的结果.
O1优化会消耗少多的编译时间，它主要对代码的分支，常量以及表达式等进行优化。
O2会尝试更多的寄存器级的优化以及指令级的优化，它会在编译期间占用更多的内存和编译时间。
O3在O2的基础上进行更多的优化，例如使用伪寄存器网络，普通函数的内联，以及针对循环的更多优化。
Os主要是对代码大小的优化，我们基本不用做更多的关心。通常各种优化都会打乱程序的结构，让调试工作变得无从着手。并且会打乱执行顺序，依赖内存操作顺序的程序需要做相关处理才能确保程序的正确性。
问题2： CMP和SUB用在什么地方
问题2解决方案：

CMP 比较指令做了减法运算以后，根据运算结果设置了各个标志位。
标志位设置过以后，0FFFFH这个减法运算的结果就没用了，它被丢弃，不保存。

执行过了CMP指令以后，除了CF,ZF,OF, SF,等各个标志位变化外，其它的数据不变。

对照普通的减法指令 SUB AX, BX，它们的区别就在于：
SUB指令执行过以后，原来AX中的被减数丢了，被换成了减法的结果。
CMP指令执行过以后，被减数、减数都保持原样不变。

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代码学习中的问题和解决过程

问题1：

gcc 编译出错
问题1解决办法：

通过提示，发现将-o误写成了-0，更改后成功运行。

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代码托管与统计

代码托管

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练习

实验楼课后习题：

代码实现并生成汇编文件
使用gdb的bt/frame/up/down 指令动态查看调用栈帧的情况

知识点分析

1、backtrace/bt n

n是一个正整数，表示只打印栈顶上n层的栈信息。
n表一个负整数，表示只打印栈底下n层的栈信息。
2、frame n
n是一个从0开始的整数，是栈中的层编号。比如：frame 0，表示栈顶，frame 1，表示栈的第二层。
这个指令的意思是移动到n指定的栈帧中去，并打印选中的栈的信息。如果没有n，则打印当前帧的信息。
3、up n
表示向栈的上面移动n层，可以不打n，表示向上移动一层。
4、down n
表示向栈的下面移动n层，可以不打n，表示向下移动一层。

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