20175221 《信息安全系统设计基础》第5周学习总结

教材学习内容总结

• 实验楼部分

• X86 寻址方式经历三代：

• 1 DOS时代的平坦模式，不区分用户空间和内核空间，很不安全
  2 8086的分段模式
  3 IA32的带保护模式的平坦模式

   

• 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，我们可以使用 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

   

•  gcc -S xxx.c -o xxx.s  获得汇编代码，也可以用 objdump -d xxx 反汇编; 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

• 64位机器上想要得到32代码：gcc -m32 -S xxx.c
  MAC OS中没有objdump, 有个基本等价的命令otool 
  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）

   

• PPT部分

• x86-64的CPU包含一组16个存储64位的通用目的寄存器，如图：
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• MOV中的一些常见的数据传送指令
• 
• 函数调用时栈帧相对应的变化
• 

• 操作部分

• ①

• 对教材P114的C语言文件 mstore.c 使用命令 gcc -Og -S mstore.c 可产生其对应的汇编文件 mstore.s 但是不做进一步操作；使用命令 gcc -Og -c mstore.c 可产生其目标代码文件 mstore.o ，但由于其是二进制格式，所以无法直接查看
• 
• 使用命令 objdump -d mstore.o 可反汇编查看机器代码的内容
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• 左边是14个十六进制字节值，被分成若组，每组都是一条指令，右边是等价的汇编语言
• 我们再查看 mstore.s 的内容（突然忘记怎么打印文本内容，百度后参考了Linux常用基本命令(cat)，重新学习了下）
• 
• 所有以 ‘.’ 开头的行都是指导汇编器和链接器工作的伪指令，我们通常可以忽略这些行

• ②

• 将实验楼的代码简单修改如下

• 

• #include 
  #include 
  #include <string.h>
  int step1(int x) { return x + 3; } int step2(int x) { return step1(x); } int main(void) { printf("%d",step2(8) + 1); return 0; }

• 参考学习了GDB调试命令---反汇编相关，列出部分我觉得较为实用的调试命令：

• 反汇编命令：disas/disass/disassemble，例如：disas main，显示main函数对应的汇编代码 
  查看相关信息：info，例如：info line/registers/break，查看某个line的相关信息/各寄存器的值/所有断点
  开始执行：r
  设置断点：b， 格式：b *内存地址
  单步步过：ni
  单步步入：si
  显示某寄存器的值:display  例如：display /x $eax
  查看变量值:p  格式: p 变量名

 

• 下边将对修改过的代码进行简单的GDB反汇编调试，并加入我个人的理解（有误请指）

• 进入GDB调试，首先在main处设置一个断点，运行到main时， disas main 查看main的汇编代码， info registers 查看各寄存器的值
• 
• 
• 注意到此时堆栈指针值为 0xffffd0ec ，基址指针的值 0xffffd0f8 
• 在分析之前先进行设置： display /i $pc ，这条命令可显示我们在单步调试时所执行的语句，记录每一步的$esp和$ebp。如下 call 指令将要调用子函数step2
• 
• 查看函数step2的汇编语句
• 
•  si 继续下一步，运行到函数step2处，发现栈顶发生变化，一句句理解：
• 
• 左边终端：此时执行的语句为  push %ebp ，意味着向栈里压入了一个东西，栈顶地址由 0xffffd0e8 变为 0xffffd0e4 ，减少了4字节。为什么是减法呢？因为是向低地址增长的
• 右边终端：此时执行的语句为  mov %esp,%ebp ，表示将栈顶指针的值赋给基址，所以二者的值相同，同为0xffffd0e4

 

• 注意到下一句将调用函数 <__x86.get_pc_thunk.ax> ，参考了深入了解GOT,PLT和动态链接，给出了如下解释：作用就是把esp(即返回地址)的值保存在eax(PIC寄存器)中, 在接下来寻址用

 

• 
•  <__x86.get_pc_thunk.ax> 获取地址，有 mov  ret 等部分，其中esp参与运算，过程中值会变化。mov：将esp的值保存在eax中   ret:将参与运算的esp弹出返回，恢复到与ebp相同的值
• 
• 重点再来看一下出栈时的地址变化：
• 执行完 leave 后，ebp恢复为原来的值，这是为什么？ebp不是本应一直保存esp的初始地址吗？
• 或许是因为，虽然ebp的值起初是存在了栈中，但 leave将存在栈中的值弹了出来，赋给了变量ebp
• 而在执行完 ret 后，ebp出栈了，此时栈空，所以栈顶会变成初始的值。且与开始进栈时相反，出栈栈顶+4，即 0xffffd0e8+0x4=0xffffd0ec  
• 

 

• 这次的GDB调试，受限于所学，只是浅尝辄止，后边会继续努力

教材学习中的问题和解决过程

• 问题1：

• PPT中有gcc -Og -o p p1.c p2.c 命令，且说明 -Og 告诉编码器采用的等级，一般认为第二级优化-O2是较好的选择。那么，①-O2是最高等级的优化了吗？②优化等级是越高越好吗？③这里的-Og怎么理解呢 ？

• 

• 问题1解决方案： 

• 参考了（gcc -O0 -O1 -O2 -O3 四级优化选项及每级分别做什么优化）：

• gcc为了满足用户不同程度的的优化需要，提供了从 O0-O3 以及 -OS这几种不同的优化级别供大家选择，从而对{编译时间，目标文件长度，执行效率}这个三维模型进行不同的取舍和平衡。 -Ox (x＝0,1,2,3,亦或是其他字母)根据x值大小包含由低到高的一些优化选项，所以 -O2 并不是最高等级的优化。值得一提的是，即使是最高优化选项 -O3  ，也并没有包含所有的优化选项，其为了大多数人使用方便而预设的宗旨，也注定其并不是优化等级是越高越好。 用教材中的话来说，就是使用较高级别优化产生的代码就会严重变形，以至于产生的机器代码和初始源代码之间的关系非常难以理解。 
• 对于 -Og ，参考了（GCC中-O1 -O2 -O3 优化的原理是什么？）中的高赞回答： 该标识会精心挑选部分与-g选项不冲突的优化选项，当然就能提供合理的优化水平，同时产生较好的可调试信息和对语言标准的遵循程度。 

• 问题2：

• 移位操作中的“逻辑右移”与“算术右移”的命令如此相似，那二者本质区别在哪呢？
• 

• 问题2解决方案：

• 参考（逻辑右移和算术右移有什么区别）：逻辑右移就是不考虑符号位，右移一位，左边补零即可；算术右移需要考虑符号位，右移一位，若符号位为1，就在左边补1；否则，就补0。所以算术右移也可以进行有符号位的除法，右移,n位就等于除2的n次方。
• 例如，8位二进制数11001101分别右移一位。
• 逻辑右移就是[0]1100110，算术右移就是[1]1100110

• 问题3：

• PPT中数据对齐一处有字节分配的情景，并没有按照最小字节分配，而是遵循了字节对齐的规则。那么，①字节对齐的意义何在？②是按照什么规则进行字节对齐的呢？
• 

• 问题3解决方案：

• 参考了（字节对齐的意义）：各个硬件平台对存储空间的处理不尽相同，比如一些CPU访问特定的变量必须从特定的地址进行读取，在这种架构下就必须进行字节对齐，否则读取不到数据或者读取到的数据是错误的。而字节对齐让CPU快速读取到相应的数据的同时，可以提高程序的效率。
• 字节对齐规则如下：
• 

 

• 代码调试中的问题和解决过程

• 问题1：

• 在查看机器代码文件的内容时，我们除了按照教材那样使用命令 objdump -d mstore.o 外，还可以如何做

• 问题1解决方案：

• 我们可以进入GDB调试模式，输入 (gdb) x/14xb multstore ，意思是显示从函数multstore 所处地址开始的14个十六进制格式表示的字节
• 
• 我们还可以使用前边学习过的od命令来将显示内容以十六进制显示，并以每个字节为单位： od -tx1 mstore.o 
• 
• 但对比来看，我们若是需要进行汇编分析，那还是 object dump 较为实用些

• 问题2：

• 在使用gdb反汇编命令调试程序时，出现了权限不够的提示
• 

• 问题2解决方案：

• 参考了gdb调试run之后说权限不够，是因为 gdb-text.o 是没有链接的编译文件，没办法执行。需要重新编译-- 编译命令：gcc -g -o gdb-text gdb-text.c  调试命令：gdb -q gdb-text 。

• 问题3：

• 在转32位时报错

• 问题3解决方案：

• 参考了gcc -m32报错的解决办法，使用命令 sudo apt-get install libc6-dev-i386 安装操作系统支持包即可
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• 代码托管

 

心得体会

通过这次简单的GDB调试，才知道即使在c中短短的一个赋值语句，一个返回语句，在汇编语言中都可能包含着许多出栈，压栈，传参等操作。只是前人做了许多努力，我们现在才轻松了许多。但不代表我们就可以对汇编语言视若无睹，对汇编语言的学习，重点还是要加强对它的理解，多动手实践应用它

上周考试错题总结

无

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	53/53	1/1	20/20
第二周	200/253	2/3	21/20
第三周	100/353	1/4	30/50

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。 耗时估计的公式 ：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:XX小时

• 实际学习时间:XX小时

• 改进情况：

(有空多看看现代软件工程 课件 软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《深入理解计算机系统》
• gcc -O0 -O1 -O2 -O3 四级优化选项及每级分别做什么优化
• GCC中-O1 -O2 -O3 优化的原理是什么？
• Linux常用基本命令(cat)
• gdb调试run之后说权限不够
• GDB调试命令---反汇编相关
• gcc -m32报错的解决办法