20145231《信息安全系统设计基础》第五周学习总结

20145231第5周《信息安全系统设计基础》学习总结

教材内容总结

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

程序编码

编译：gcc -01 -o p p1.c，-01：表示使用第一级优化。通常提高优化级别会使最终程序运行得更快，但是编译时间可能会变长，用调试工具对代码进行调试会更困难。（实际中，第二级优化-02被认为是较好的选择）

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。

一些通常对C语言程序员隐藏的机器代码在IA32中是可见的：
程序计数器（在IA32中，通常称为“PC”，用%eip表示）指示将要执行的下一条指令在存储器中的地址。

整数寄存器：包含8个命名的位置，分别存储32位的数值，这些寄存器可以存储地址（对应C语言的指针）或整数数据，有的寄存器被用来记录某些重要的程序状态，其他的寄存器用来保存临时数据，例如过程的局部变量和函数的返回值。

条码寄存器：保存着最近执行的算术或逻辑指令的状态信息，他们用来实现控制或数据流中的条件变化。

浮点寄存器：一组浮点寄存器存放浮点数据

一条机器指令只执行一个非常基本的操作

Ubuntu中gcc -S code.c（不带-O1）产生的代码更接近教材中代码（删除"."开头的语句）

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。

汇编代码（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）：（课本）

前两条：

pushl %ebp 将寄存器%ebp的内容压入程序栈

movl %esp,%ebp 得到新栈低，将当前栈顶赋予栈低

后两条：

popl %ebp过程调用结束，恢复旧栈低

ret 子程序的返回指令

二进制文件可以用od命令查看，也可以用gdb的x命令查看。有些输出内容过多，可以使用more或less命令结合管道查看，也可以使用输出重定向来查看。

od code.o | more

od code.o > code.txt

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。

访问信息

一个IA32的中央处理器单元包含一组8个存储32位数值的寄存器。所有八个寄存器都可以作为16位（字）或32位（双字）来访问：

%esi，%edi可以用来操纵数组

%esp，%ebp用来操纵栈帧

可以独立访问前四个寄存器的两个低位字节（后向兼容）

32位的%eax,16位的%ax,8位的%ah，%al都是独立的

操作数三种类型：

立即数，即常数值

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（有效地址）访问某个存储器位置

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

C语言中“指针”其实就是地址。间接引用指针就是将该指针放在一个寄存器中，然后在存储器引用中使用这个寄存器。

局部变量通常是保存在寄存器中，而不是存储器中。寄存器访问比存储器访问要快得多。

过程

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

寄存器使用惯例：%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。

实验楼学习总结

实验代码：

int h(int x)
{
  return x + 1128;
}

int z(int x)
{
  return h(x);
}

int main(void)
{
  return z(9) + 10;
}

以学号命名的文件夹创建代码

objdump加文件名查看汇编代码（编译之后;gcc+文件名+ -o +xxx.c）

代码相关文件

编译并且查看二进制

尝试使用gdb中的指令调试

无法查看栈针信息

在虚拟系统中安装git

git出错

学习中遇到的问题及解决过程

一、教材学习中的问题：

值得注意的和未理解的

1.leal指令和movl指令的区别：

前者计算有效地址，后者从指定位置读入数据

2.链接器作用（汇编与反汇编代码区别）：

代码的地址范围不同；链接器确定存储全局变量accum的地址（p109）

3.局部变量保存在寄存器中，全局变量保存在存储器中吗？

4.p119页中逻辑移位和算术移位知道在操作过程中的区别，不理解其本质区别。

5.条件码寄存器定义：p124，（即汇编中学过的单字节寄存器）

6.cmp和sub用在什么地方：

（cmp和test都是不改变寄存器的值，test多用于判断操作数是否为零）

cmp：只设置条件码，不能改变寄存器的值；

sub：可以改变寄存器的值；

7.p129习题3.15第二小题，复习补码如何转化为源码，再进行加减运算；

8.p133 如何确定哪些寄存器放哪些程序值？

根据其映射关系（根据图3.14例）

9.逆向工程：其实关键就在于找这种映射关系

10.p139 习题3.23 第7.8行代码不是太理解

11.p144 习题3.27

12.p148 习题中case（？）是如何根据汇编代码和跳转表确定的？

13.栈帧：面向单个过程 寄存器：面向多个过程

14.理解ret和call（利用图解）

15.区分过程调用和习题3.30中的将程序计数器的值放入整数寄存器唯一方法的代码

16.寄存器的划分依据：调用者保存寄存器和被调用者保存寄存器还有%ebp和%esp

17.p152解释了如何保证寄存器中的数据不在调用过程中被覆盖

18.gcc分配从不使用空间：保证访问数据的严格对齐

19.p157 习题3.34代码不理解（其实还是对过程调用时栈帧的变化不理解）

二、实验楼学习中的问题：

1.使用学号创建文件夹

解决过程：查找了touch mkdir命令的用法，学会了给文件夹赋权限

2.使用gdb调试相关代码，但是没有栈针的信息

解决过程：待解决

3.虚拟机的安装没有问题，但是可能因为自己电脑的原因导致虚拟机时而能打开，时而不能打开，之前学习java时已经使用git add、git push的方式托管过代码，知道要先设置用户名和密码，还有一系列步骤，但是我在使用实验楼托管代码时，有查找方法，实验楼自带代码库，只要打开那个目录git add *、git push就行，如图;

显示出错;

解决过程：用真实虚拟机的安装步骤进行托管

心得体会

本周学习态度认真，学到了很多新的知识。主要是对书上的内容进行了深入学习，完成并思考了相关习题，前面学习相对顺利，但是后面switch语句的汇编程序如何转化为C语言，以及栈针的过程调用不太理解。实验楼主要就是敲入一段代码体会反汇编、gdb调试。机器级程序的运行比想象中的要复杂，尤其是过程和栈针的部分，还是不太理解过程调用中栈针的变化。希望在接下来的学习中加深理解。

代码托管截图

托管链接

学习进度条

	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	30篇	400小时
第一周	2/2	20/20	学习了Linux核心命令
第二周	2/4	21/41	学习了vim、gcc、gdb指令
第三周	2/6	20/61	学习了信息的表示和处理，了解了二进制在计算机系统中的重要性
第五周	2/8	20/81	学习了机器级程序，读懂汇编代码