20145203 《信息安全系统设计基础》期中总结

期中总结

一、常用命令总结

man -k：

常用来搜索。例句如下：

man -k k1 | grep k2 | grep 2

搜索同时含有k1和k2，且属于系统调用。最后的数字意味着帮助手册中的区段，man手册共有8个区段，最常用的是123，含义如下：

1.Linux
2.系统调用
3.c语言

单独用man语句的时候，想查看其中的单独某个区段内的解释时，例句如下：

man 3 printf

即查找c语言中printf的用法。

grep -nr

这条语句可以用来查找关键字，全文搜索，并且可以直接查找文件内的内容。其中：

n：为显示行号
r：为递归查找

例如，如果想查找某个宏，我们已知宏保存在include文件夹中，所以例句如下：

grep -nr XXX /usr/include（XXX为所要找的宏）

cheat

cheat是非常好用的“打小抄”搜索工具，能够方便的告诉你你想要的内容。

二、常用工具

vim

vim是一种非常好用的编辑器，总共有六种基本模式，最常用的是普通模式、插入模式和命令行模式。需要熟悉这三种模式之间的切换方式：

普通→插入： i 或 a 
插入→普通： Esc 或 Ctrl + [
普通→命令行： :
命令行→普通：Esc 或 Ctrl + [

常用的进入、保存和退出指令：

进入：vim 文件名
保存：命令行模式 :w
退出：命令行模式 :q

vim的功能很强大，并且可以移植到很多种不同的程序中，但是我们现在使用的过程中真正用到的命令很少也很简单，更多的技巧参见第二周笔记。

gcc

常用选项

-c		只编译不链接，生成目标文件.o
-S		只编译不汇编，生成汇编代码
-E		只进行预编译，不做其他处理
-g		在可执行程序中包含标准调试信息
-o file	将file文件指定为输出文件
-v		打印出编译器内部编译各过程的命令行信息和编译器的版本
-I dir	在头文件的搜索路径列表中添加dir目录

编译过程

预处理：gcc –E hello.c –o hello.i;	gcc –E调用cpp	生成中间文件
编 译：gcc –S hello.i –o hello.s;	gcc –S调用ccl	翻译成汇编文件
汇 编：gcc –c hello.s –o hello.o;	gcc -c 调用as	翻译成可重定位目标文件
链 接：gcc hello.o –o hello ;		gcc -o 调用ld**	创建可执行目标文件

gdb

注意：使用GCC编译时要加“-g”参数，然后才能够用gdb调试

GDB最基本的命令有：

gdb programm(启动GDB)
l	查看所载入的文件
b	设断点
info b	查看断点情况
run 开始运行程序
bt	打印函数调用堆栈
p	查看变量值
c 	从当前断点继续运行到下一个断点
n 	单步运行（不进入）
s 	单步运行（进入）
quit 退出GDB

四种断点：

1.行断点
	b [行数或函数名] <条件表达式>
2.函数断点
	b [函数名] <条件表达式>
3.条件断点
	b [行数或函数名] <if表达式>
4.临时断点
	tbreak [行数或函数名] <条件表达式>

Make和Makefile

这是实现自动化编译的好方法。

Makefile的一般写法：

一个Makefile文件主要含有一系列的规则，每条规则包含以下内容：

①需要由make工具创建的目标体，通常是可执行文件和目标文件，也可以是要执行的动作，如‘clean’；

② 要创建的目标体所依赖的文件，通常是编译目标文件所需要的其他文件。

③创建每个目标体时需要运行的命令，这一行必须以制表符TAB开头

三、正则表达式

作用：

①验证是否匹配

②查找

③替换

规则：

① \ 特殊符号，表示后面的字符本身

② [ ] 匹配其中任意字符，但每次匹配只匹配一个

③ [^ ] 匹配除其中的任意字符，每次匹配只匹配一个

④ {n} 次数修饰，重复n次，具体如下：

	?= {0,1}
	+= {1, }	
	*= {0, }
	{m,n}：至少为m，至多为n

匹配方法：

① ^ 从字符串开始的地方匹配

② $ 从字符串结束的地方匹配

③ | 可以匹配左或者右

④ () 1.次数修饰中，可以表示当做整体；2.结果中，可以表示单独表示

四、静态库与动态库

静态库：.a(linux)、.lib(windows)

动态库：.so(linux)、.dll(windows)

静态库（以linux为例）

创建该库：

gcc -c addvec.c multvec.c
ar rcs libvector.a addvec.o multvec.o

涉及到的参数所做动作：

gcc -c只编译，不连接成为可执行文件。
	即：把.c文件编译成.o文件
ar -r：在库中插入模块（替换）
   -c：创建一个库
   -s：写入一个目录文件索引到库中
	即：把两个.o文件归档成静态库存档文件.a并且写入目录文件索引到库中

创建它的可执行文件

gcc -02 -c main2.c
gcc -static -o p2 main2.o ./libvector.a

相关参数含义：

gcc -02 和-0都是代码优化指令，可以减少编译时间
	-c 只编译，不连接成为可执行文件
	-static 告诉编译器驱动程序，链接器应该构建一个完全链接的可执行目标文件
	-o 命名生成文件

动态库（linux）

构造创建共享库：

gcc -shared -fPIC -o libvector.so addvec.c multvec.c

参数解析：

-fPIC	指示编译器生成与位置无关的代码
-shared 指示链接器创建一个共享的目标文件
-o 		命名生成文件

把.c文件编译成为.o文件，放入新建的共享库中，并且命名。

链接程序

gcc -o p2 main2.c ./libvector.so

创建一个可执行目标文件p2，在运行时可以和动态库libverctor.so链接。

五、课本内容

第一章 计算机系统漫游

重点：信息=位+上下文

第二章 信息的表示和处理

大端法与小端法，常用小端法，巧记方式是“高对高，低对低”，但是同时要注意字节在存放的时候的高低与我们惯常认知中的高低位的关系。

浮点数中，二进制小数，最重要的是IEEE小数：

IEEE浮点标准：

①用V=(-1)^s X 2^E X M 来表示一个数：
②符号：s决定这个数是正还是负。0的符号位特殊情况处理。
③阶码：E对浮点数加权，权重是2的E次幂（可能为负数）
④尾数：M是一个二进制小数，范围为1~2-ε或者0~1-ε（ε=1/2的n次幂）

编码规则：

①单独符号位s编码符号s，占1位
②k位的阶码字段exp编码阶码E
③n位小数字段frac编码尾数M（同时需要依赖阶码字段的值是否为0）

两种精度

  ①单精度（float），k=8位，n=23位，一共32位；
  ②双精度（double），k=11位，n=52位，一共64位。

三种被编码情况

  ①规格化的
  ②非规格化的
  ③特殊值

舍入方式：

1.向偶舍入（默认方法）。即：将数字向上或向下舍入，是的结果的最低有效数字为偶数。能用于二进制小数。

2.向零舍入。即：把整数向下舍入，负数向上舍入。

3.向下舍入。正数和负数都向下舍入。

4.向上舍入。正数和负数都向上舍入。

第三章 程序的机器级表示

循环

汇编中可以用条件测试和跳转组合起来实现循环的效果，但是大多数汇编器中都要先将其他形式的循环转换成do-while格式。

1.do-while循环

通用形式：

do
	body-statement
	while(test-expr);

循环体body-statement至少执行一次。

可以翻译成：

loop：
	body-statement
	t = test-expr;
	if(t)
		goto loop;

即先执行循环体语句，再执行判断。

2.while循环

通用形式：

while (test-expr)
	body-statement

GCC的方法是，使用条件分支，表示省略循环体的第一次执行：就是把循环改成do-while的样子，然后用goto翻译。

3.for循环

for循环可以轻易的改成while循环，所以再依照上面的方法改成do-while再翻译即可。

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。

这个惯例是为了防止一个过程P调用另一个过程Q时寄存器中的值被覆盖。惯例如下：

%eax,%edx,%ecx  调用者保存寄存器（Q可覆盖，P的数据不会被破坏）
%ebx,%esi,%edi  被调用者保存寄存器（Q在覆盖这些值前必须压入栈并在返回前回复他们）
%ebp,%esp   惯例保持
%eax用来保存返回值

第四章 处理器体系结构

处理器Y86的相关知识：

指令的字节级编码

每条指令需要1-6个字节不等，每条指令的第一个字节表明指令的类型。

1.第一个字节分为两个部分，每个部分4位：

①高四位：代码部分，值域为0~0xB
②第四位：功能部分，功能值只有在一组相关指令共用一个代码时才有用。

比如：课本第233页，Y86指令集的功能码：

①整数操作里代码部分均为6，功能部分区分addl，subl，andl，xorl

②分支指令里代码部分均为7

③传送指令里代码部分均为2

④注意：rrmovl归到了传送指令里，前面说过它们有相同的指令代码

⑤8个程序寄存器中每个都有相应的0~7的寄存器标识符，程序寄存器存在CPU中的一个寄存器文件中，这个寄存器文件就是一个小的、以寄存器id作为地址的随机访问存储器。

当需要指明不应访问任何寄存器时，用ID值0xF表示

2.有的需要额外的字节

（1）附加的寄存器指示符字节

指定一个或两个寄存器，例如rA或者rB。

①没有寄存器操作数的指令，例如分支指令和call指令，就没有寄存器指示符字节。

②只需要一个寄存器操作数的指令（irmovl，pushl，popl）将另一个寄存器指示符设为0xF

（2）附加的4字节常数字

这个字的用处：

1.irmovl的立即数数据
2.rmmol和mrmovl的地址指示符的偏移量
3.分支指令和调用指令的目的地址

第六章存储器层次结构

这一章我觉得最重要的是局部性。

局部性原理：

一个编写良好的计算机程序，常常倾向于引用临近于其他最近引用过的数据项的数据项，或者最近引用过的数据项本身。

分类：

① 时间局部性

② 空间局部性

量化评价一个程序中局部性的简单原则：

①重复引用同一个变量的程序有良好的时间局部性

②对于具有步长为k的引用模式的程序，步长越小，空间局部性越好

③对于取指令来说，循环有好的时间和空间局部性。循环体越小，循环迭代次数越多，局部性越好。

还有存储器层次结构，这里最重要的思想是这句话：每层存储设备都是下一层的“缓存”。

这样就涉及到了缓存命中和不命中的情况，还有替换策略：

1.缓存命中

当程序需要第k+1层的某个数据对象d时，首先在当前存储在第k层的一个块中查找d，如果d刚好缓存在第k层中，就称为缓存命中。

2.缓存不命中

即第k层中没有缓存数据对象d。这时就要执行替换策略。

即第k层缓存会从第k+1层缓存中取出包含d的那个块。如果第k层缓存已满，就可能会覆盖现存的一个块

替换策略：

①随机替换策略-随机牺牲一个块

②最近最少被使用替换策略LRU-牺牲最后被访问的时间距离现在最远的块。

高速缓存存储器：。

高速缓存是一个高速缓存组的数组，它的结构可以用元组（S,E,B,m）来描述：

S：这个数组中有S=2^s个高速缓存组
E：每个组包含E个高速缓存行
B：每个行是由一个B=2^b字节的数据块组成的
m：每个存储器地址有m位，形成M=2^m个不同的地址

除此之外还有标记位和有效位：

有效位：每个行有一个有效位，指明这个行是否包含有意义的信息

    标记位：t=m-(b+s)个，唯一的标识存储在这个高速缓存行中的块

六、收获

过去这半个学期以来，不知不觉就学了大半本书。自己对于计算机了解也并不在仅仅的止于表面，也算是没有辜负了深入理解计算机这本书。 我觉得我最大的收获是对自主学习这种方式的逐步适应。学期初我拿到这教材的时候是非常头疼的，因为这本书又厚又不知所云。而且知道娄老师要求的是自学，当时真的不知道怎么下手去学。但是当我真正开始把心沉进去看这本书的时候，我就发现其实跟着老师写的学习指导书，一步一步来学其实还是很容易入门的。而且里面的知识也并不是完全陌生的。里面有很多思想很多知识和以往学过的汇编和EDA是有关联的，有些知识甚至重合。举一反三的来学，不会的很容易接受，会的也会加深印象。

七、不足

自己在自学看书的时候总觉得自己已经看得非常细致了，但是做练习题和考试的时候就会发现，自己的学习还是有些流于表面，很多东西看书的时候没有注意到，都忽略了，还是需要不停地翻书来完善自己的知识库。

所以我觉得自己以前把太多太多注意力都放在看书、看知识点上是不对的，还是要多做一些习题多做一些家庭作业，才能获得一些实用的东西。