计算机系统2
3. 程序的机器级表示
汇编指令 3.1——3.6
.开头：指导汇编器，连接器工作的伪指令
调用者/被调用者保存
操作码：bwlq 1248
操作数
\(Imm(r_b, r_i, s) = Imm + R[r_b] + R[r_i]\cdot s\)
\(s = 1, 2, 4, 8 \,\,与数组类型相关\)
注意区分 \(Imm：\)$ 和 \((r_a)：()\)
立即数
$ + 常数（最多4字节）
寄存器
\(R[r_a]\)：寄存器的值
常用寄存器（背）：%rax %rsp %rdi %rsi %rdx %rcx %r8 %r9
内存引用
\(M[Addr]\)：地址的值
MOV类
MOV S D
\(S\)：立即数，寄存器，内存引用
\(D\)：寄存器，内存引用
许多细节：
-
S和D不能同时是内存引用 -
S和D数位相同：
movq S D: S为立即数时只能是32位，然后符号扩展
S为64位时用：movabsq $Imm Register，D 只能是寄存器
movl的D为寄存器时，其高四字节被置0——任何位寄存器生成32位值的指令都会把该寄存器的高位部分置为0
S数位小于D：
MOVZ类：零扩展
movzbw, movzbl, movzwl, movzbq, movzwq
没有movzlq：可以通过 movl 实现
MOVS类：符号位扩展
movsbw, movsbl, movswl, movsbq, movswq, movslq, cltq
cltq 无操作数， 等价于 movslq $eax %rax
栈
高地址 -> 低地址
pushq Register
popq Register
leaq
leaq S D
地址都是64位，所以只有q
加载有效地址，仅做地址搬运，不读取数据！！！
算术逻辑
一元：INC DEC NEG NOT
二元：ADD SUB IMUL XOR OR AND D不能是立即数
移位：SAL SHL SAR SHR + k D, k 为%cl或立即数
关于 %cl：长度为8，bwlq 对应移位量为 %cl 的低 3456 位
条件码寄存器 SET
ALU：执行算术逻辑运算 + 设置条件码寄存器
1bit
CF进位，ZF零，SF符号，OF溢出
cmp test设置条件码寄存器，不更新目的寄存器的值
记住含义：
有符号：setg setge setl setle SF，OF
无符号：seta setae setb setbe CF，ZF
跳转
条件跳转：cmovg cmovge cmovl cmovle
for, while do while
switch 跳转表，高效
3.7 过程（函数调用）
函数调用与返回
- 把调用语句的下一条语句地址压入栈
- 执行完被调用函数后从栈中弹出该地址返回函数继续执行
参数传递：
1-6个参数用固定寄存器
其余用栈传递：
栈存储：所有数据大小为8的倍数
栈顶返回地址
局部变量也在栈中，但是不需要对齐；传递参数必须对齐 关于对齐规则 add
每个参数实际大小由自身变量类型决定，具体位置根据大端/小端存储法来定。
调用者/被调用者保存寄存器
递归调用：栈溢出
3.8 数组的分配和访问
根据数据类型来定，行优先
3.9 结构体联合体
结构体对齐
地址对齐：任何 \(k\) 字节的基本对象的地址必须是 \(k\) 的倍数
末端也会对齐（为了下一次的起始地址合理，结构体占的总字节数为4的倍数）
指针都是8字节！！！！
联合体 \(Union\) 大小：最大字段的大小
用处：访问不同数据类型的位模式（一种类型存储，另一种类型访问）
3.10 缓冲区溢出
越界，限定范围
栈随机化
栈的位置每次运行都变
地址空间布局随机化 \(ASLR\)
栈破坏检查
缓冲区与栈之间加入 金丝雀 （随机产生，只读）
金丝雀值修改 -> 遭受了攻击
限制可执行代码区域
消除攻击者向系统中插入可执行代码的能力
分离可读 与 可执行
6. 存储器层次结构
6.1 存储技术
6.2 局部性
6.3 存储器层次结构
6.4 高速缓存存储器
cache是主存的副本
主存打包放进cache
映射规则：主存怎么放到cache里
主存物理地址 = 块号 + 块内地址
标记：一个块的唯一标识
全相联映射：主存物理地址 = 标记 + 块内地址
组相联地址：主存物理地址 = 标记 + 组号 + 块内地址
直接映射：主存物理地址 = 标记 + cache行号 + 块内地址
（理解：相联 = 随便，直接映射 = 一路随便）
cache内部结构
中间位作为组索引：因为要保证每块内存都要被使用到 提高cache的使用率
辅助理解：
判断cache命中：组选择 - 行匹配 - 字抽取
冲突不命中，cache抖动
数据填充消除抖动
行替换：随机替换，LFU，LRU
cache的写操作：命中/不命中
