20145239《信息安全系统设计基础》第5周学习总结
教材学习内容
x86寻址方式
- 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
机器级编程的两种抽象
-ISA（Instruction set architecture）。ISA简单来说就是指令集体系结构。定义了处理机状态，指令格式以及指令对状态的影响。
-机器级使用的存储器地址是虚拟地址。
机器代码中的处理机状态
- 程序计数器（PC）表示将要执行的下一条指令在存储器中的地址。
- 整数寄存器文件。存储32位的值。存储程序状态或用来保存临时数据。
- 条件码寄存器
- 浮点寄存器
Gcc编译代码
1.产生汇编代码文件：gcc -01 -S xxx.c生成xxx.s文件
2.产生目标代码文件：gcc -01 -c xxx.c生成xxx.o文件
3.查看目标代码文件的内容：objdump -d xxx.o
不同数据汇编代码后缀
- movb（传送字节）
- movw(传送字)
- movl（传送双字）注意：汇编代码中后缀l可以表示4自己整数和8字节双精度浮点数。
操作数指示符寻址
- 立即数：$0xff.
- 寄存器中的内容：%eax(32位)，%ax(16位)，%al(4位)。
- 存储器：根据计算出来的地址访问存储器
学会多种寻址方式寻址。错误的寻址方式：1. 存储器间接寻址错误使用寄存器：movb $0xf,(%bl).2.二元操作如sub,mov中两个操作数不能同时是存储器位置 。
数据传送指令
- MOVS和MOVZ指令比较：MOVS符号位扩展，MOVZ零扩展（高位0填充）
- pushl数据压栈，popl数据出栈。采用先进后出的原则。栈顶地址小，栈底地址大。IA32栈向低地址方向增长。所以push指令减小栈指针。
- 4个整数操作指令
addl、subl、andl、xorl - 7个跳转指令（jXX）
jmp、jle、jl、je、jne、jge、jg - 有6个条件传送指令（cmovXX）
只有当条件码满足所需要的约束时，才会更新目的寄存器的值。cmovle、cmovl、cmove、cmovne、cmovge、cmovg
桢栈结构
为单个过程分配的那部分栈称为栈帧(stack frame)。寄存器%ebp为帧指针,而寄存器%esp为栈指针。栈帧结构（栈用来传递参数、存储返回信息、保存寄存器，以及本地存储）
转移控制
支持过程调用和返回的指令：
指令 描述
-call Label 过程调用
-call *Operand 过程调用
-leave 为返回准备栈
-ret 从过程调用中返回
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。返回地址是在程序中紧跟在call后面的那条指令地址。
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。虽然在给定时刻只能有一个过程是活动的，但是我们必须保证当一个过程(调用者)调用另一个过程(被调用者)时，被调用者不会覆盖某个调用者稍后会使用的寄存器的值。根据惯例，寄存器%eax、%edx和%ecx被划分为调用者保存寄存器。当过程P调用Q时，Q可以覆盖这些寄存器，而不会破任何P所需要的数据。另一方面，寄存器%ebx、%esi和%edi被划分为被调用者保存寄存器。这意味着Q必须在覆盖这些寄存器之前，先把它们保存到栈中，并在返回前恢复它们。
数据格式
- C语言数据类型在IA32中的大小：
- IA32不支持64位整数运算
- 大多数GCC生成的汇编代码指令都有一个字符后缀，表明操作数的大小。
课后习题解答
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
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 | 0/0 | 1/2 | 10/10 | |
| 第二周 | 300/300 | 1/3 | 20/30 | |
| 第三周 | 300/600 | 2/5 | 16/46 | |
| 第五周 | 300/900 | 1/6 | 15/61 |