CSAPP_Lab1完成过程

本文中首先给出自己的答案，然后给出一些操作细节或补充知识

第一章实验基本信息

1.1 目的

1.2 实验环境与工具

1.2.1 硬件环境

X64 CPU；2.60GHz；16G RAM；512G HD Disk

HD为Hard Disk 硬盘的缩写

如何查看本机硬件设备：

1、鼠标点击桌面左下角开始按钮，找到运行，输入dxdiag，进入DirectX诊断工具界面。
这时我们可以查看系统、显示以及声音的.硬件配置情况。

2、 除此之外，我们还可以右键点击计算机，选择管理。
然后在左侧点击设备管理器，右侧窗口就会显示本机的硬件配置情况。

3、 打开 Windows 的命令行 cmd 程序
输入 diskpart，启动磁盘 diskpart 工具
在 diskpart 磁盘工具中依次输入命令

list disk
select disk 0 # 根据实际情况选择不同磁盘编号
detail disk

使用完毕后，输入如下命令推出 diskpart 磁盘工具

exit

此时我们就能看到各种参数，选择需要的即可

1.2.2 软件环境

Windows10 64位； Vmware 15；Ubuntu 20.04 LTS 64位；

优麒麟是中国国产操作系统Ubuntu Kylin的Ubuntu Kylin 14.04 LTS版本。正式发布并确定中文名为“优麒麟”。

1.2.3 开发工具

Visual Studio 2019 64位；CodeBlocks 64位；vi/vim/gedit+gcc

Windows 应用下载

WindowsCode Blocks下载教程

Ubuntu 应用下载

Ubuntu Code Blocks 下载：

sudo apt install codeblocks

了解Ubuntu PPA

LINUX常用编辑器:（Vim，Emacs，gedit，gcc，g++）
编译器配置参见

Ubuntu VScode 不能运行 C/C++ 代码解决办法：
将代码所在文件夹在 VScode 打开，即可运行（类似打开一个工程）

1.3 实验预习

上实验课前，认真预习了实验指导PPT
了解实验的目的、实验环境与软硬件工具、实验操作步骤，复习与实验有关的理论知识。
初步使用计算机管理、设备管理器、磁盘管理器、任务管理器、资源监视器、性能监视器、系统信息、系统配置、组件服务查看计算机的软硬件信息。
在Windows、Linux下分别编写 hello.c，显示“Hello 5201314-菜菜”（可换成学生自己信息）
试着编写了 showbyte.c 显示hello.c的内容：如书P2页,每行16个字符，上一行为字符，下一行为其对应的10进制形式。
试着编写了sizeof.c打印输出C语言每一个数据类型（含指针）占用空间，并在Windows、Linux的32/64模式分别运行，并比较运行结果。

第二章 实验环境建立

2.1 Windows下 hello程序的编辑与运行

easy

2.2 Ubuntu下 程序的编辑与运行

在 ubuntu 中创建并运行 C 语言文件

// 创建

touch love.c

// 用 vim 或者 gedit (有GUI界面，小白推荐)编写代码

vim love.c
// 或
gedit love.c

# include 
int main(){
	printf("I love you, but\n");
	return 0;
}

// 运行 C 文件

gcc love.c

// 此时当前文件夹下产生了一个 a.out 文件，直接运行即可

./a.out

第三章 Windows 软硬件系统观察分析

3.1 查看计算机基本信息

运行Windows管理工具中的“系统信息”程序，查看CPU、物理内存、系统目录、启动设备、页面文件等信息

3.2 设备管理器查看

3.3 隐藏分区与虚拟内存之分页文件查看

在Windows运行中搜索磁盘管理器，在磁盘管理器中能看到的，没有在计算机里显示的磁盘分区为隐藏分区，例如C盘显示了，它不是隐藏分区
在磁盘管理其中没有磁盘名为空的盘为隐藏分区
查看方法1
查看所有分区的方法

关于pagefile.sys

查看pagefile.sys大小

在桌面鼠标右击“我的电脑”–“属性”–“高级”“性能”“设置”“高级”“虚拟内存”

3.4 任务管理与资源监视

PID（进程控制符）英文全称为Process Identifier，它也属于电工电子类技术术语。
PID就是各进程的身份标识,程序一运行系统就会自动分配给进程一个独一无二的PID。进程中止后PID被系统回收，可能会被继续分配给新运行的程序。
PID一列代表了各进程的进程ID,也就是说,PID就是各进程的身份标识。

任务管理器中即可查看

3.5 CPUZ下的计算机硬件详细信息

方法一： 运行任务管理器

方法二：下载CPUZ查看即可
CPUZ的部分说明

第4章 Linux软硬件系统观察分析（泰山服务器）

4.0连接泰山服务器

< > 不可或缺，但是不用输入<>
[ ] 可有可无

打开Xshell7

连接服务器

ssh <用户名>@ddns.hitsplab1.xyz 22210

输入密码连接即可

如何提交代码到泰山服务器呢

上传文件

scp -P 22210 文件所在地址 用户名@ddns.hitsplab1.xyz:~/文件目录（LAB1）

// 或者为了方便，在需要提交的文件所在的文件夹，打开终端
scp -P 22210 需要提交的文件名称 用户名@ddns.hitsplab1.xyz:~/文件目录（LAB1）

下载文件

scp -P 22210 用户名@ddns.hitsplab1.xyz:/文件全名   d:/本地目录名

例子

scp -P 22210 stu_7203610000@ddns.hitsplab1.xyz:~/LAB1/LAB1.zip e:/CSAPP/

Linux 中的一些设备查看命令

参考命令

4.1 计算机硬件详细信息

（1）Linux查看cpu信息

cat /proc/cpuinfo

查看cpu型号

cat /proc/cpuinfo | grep name | cut -f2 -d: | uniq -c

查看物理cpu个数

cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort | uniq | wc -l

查看每个CPU中core（核）的个数

cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores" | uniq

查看逻辑CPU个数

cat /proc/cpuinfo | grep "processor" | wc -l

（2）Linux查看memory信息

运行指令参考
查看内存信息

cat /proc/meminfo

以MB为单位查看

free -m

以GB为单位查看

free -h

4.2 任务管理与资源监视

查看进程PID

ps laf

4.3 磁盘任务管理与资源监视

Ubuntu磁盘查看命令

linux下查看磁盘分区的文件系统格式

查看系统磁盘空间

df

带单位(如GB，MB等)的系统磁盘空间查看

df -h

sda表示的是你的第一块sata硬盘，sda1表示的是你的第一块sata硬盘的第一个分区。
/dev/sda是指接在SATA、SCSI第一个接口上的硬盘。

查看dev/sda 的类型，扇区等信息

sudo fdisk -l 
// 可以显示出所有挂载和未挂载的分区，但不显示文件系统类型

df -T 
// 只可以查看已经挂载的分区和文件系统类型。

4.4 Linux下网络系统信息

查看mac地址的方法或 ifconfig 中各参数对应的意义

ifconfig命令查看网卡MAC地址

有些Linux发行版本的MAC地址字段为HWaddr，有些Linux发行版本的MAC地址字段为ether。根据实际情况选择命令。

ether 或 HWaddr 对应mac地址
inet 对应 IPv4
inet6 对应 IPv6

/sbin/ifconfig | grep HWaddr

//或

/sbin/ifconfig | grep ether

第5章 Linux下的showbyte程序

5.1 源程序提交

# include 
# include 
# include  

int main() {
	FILE *pf = NULL; // 文件指针
	 
	int file_len = 0;
	char *buf;
	pf = fopen("hello1.c", "r"); // 以只读的方式打开文件
	if (pf == NULL) {
		return 0;
	}
	else {
		// 获取文件长度
		fseek(pf, 0, SEEK_END);	// 文件指针移到末尾
		file_len = ftell(pf);	// 获得文件当前指针位置，即为文件长度
		rewind(pf);		// 将文件指针移到开头，准备读取 字符串
		
		buf = malloc(file_len+1);	// 新建缓冲区，存储读出的数据
		// 将缓冲区初始化为0
		for(int i = 0; i < file_len+1; i++)
			buf[i] = 0;
//		fread(buf, file_len, 1, pf);	// 读取文件
		int k = fread(buf, 1, file_len, pf);
		printf("%d\n", k);
		fclose(pf);		// 关闭文件 
	}
	printf("%d\n", file_len);
	int len = strlen(buf);
	printf("%d\n", len);
	
	// 打印结果 
	int flag = 0;	// 0代表字母行，1代表数字行 
	int end = 0;
	for(int i = 0; i < len; i++) {
		if(i % 16 == 0 && i != 0 && end == 0) {		// 一行显示16个 
			printf("\n");
			if(flag == 0) i -= 16;
			flag = !flag;
		}
		if (!flag) {	// 0 状态打印字母 
			if(buf[i] == ' ') printf("SP\t");
			else if(buf[i] == '\n') printf("\\n\t");
			else if(buf[i] == '\t') printf("\\t\t");
			else printf("%c\t", buf[i]);
		}
		else {			// 1 状态打印字母对应的ASCII码 
			if(buf[i] == ' ') printf("%d\t", ' ');
			else if(buf[i] == '\n') printf("%d\t", '\n');
			else if(buf[i] == '\t') printf("%d\t", '\t');
			else printf("%d\t", buf[i]);
		}
		if(i + 1 == len && !end) {	// 最后一行特殊处理 
			printf("\n");
			i -= (len % 16);
			flag = !flag;
			end = 1;
		}
	}
	free(buf);
	return 0;
}

吐槽一下，这虚拟机有BUG，终端框稍微缩放一下，一行就没了，￥#%#（这合理吗）

5.2 关于编码格式

本来写的代码一显示中文就乱码，想糊弄过去，但是！！！
在漂亮小姐姐的追问下，我当然得努力一下，于是乎了解了一下各种编码方式，以下是对ANSI、Unicode和UTF-8的理解

ANSI 只能标识英文字符，每个字符使用一个字节（8位）
Unicode 可以适用于所有语言，但是每个字符都要使用两个字节（16位）占用空间大
UTF-8 对于英文使用一个字节存储，对于中文使用三个字节存储
参考文章，为了避免链接失效，我就扒下来了，详情如下

UNICODE是万能编码，包含了所有符号的编码，它规定了所有符号在计算机底层的二进制的表示顺序。有关Unicode为什么会出现就不叙述了，Unicode是针对所有计算机的使用者定义一套统一的编码规范，这样计算机使用者就避免了编码转换的问题。Unicode定义了所有符号的二进制形式，也就是符号如何在计算机内部存储的，而且每个符号规定都必须使用两个字节来表示，也就是用16位二进制去代表一个符号，这样就导致了一个问题，英文编码的空间浪费，因为在ANSI中的符号都是一个字节来表示的，而使用了UNICODE编码就白白浪费了一个字节。也就代表着Unicode需要使用两倍的空间去存储相应的ANSI编码下的符号。虽然现在硬盘或者内存都很廉价，但是在网络传输中，这个问题就凸显出来了，你可以这样想想，本来1M的带宽在ANSI下可以代表10241024个字符，但是在Unicode下却只能代表10241024/2个字符。也就是1MB/s的带宽只能等价于512KB/s，这个很可怕啊。

所以为了解决符号在网络中传输的浪费问题，就出现了UTF-8编码，Unicode transfer format -8 ，后面的8代表是以8位二进制为单位来传输符号的，但是这样又导致了一个问题，虽然UTF-8可以使用一个字节来表示ANSI下的符号，但是对于其它类似汉语的符号，得需要两个字节来表示，所以计算机不知道如何去截取一个符号，也就是一个符号对应的二进制的截取开始位置和截取结束位置。所以为了解决Unicode下的ANSI符号的空间浪费和网络传输下如何截取字符的问题，UTF规定：如果一个符号只占一个字节，那么这个8位字节的第一位就为0。如果为两个字节，那么规定第一个字节的前两位都为1，然后第一个字节的第三位为0，第二个字节的前两位为10，然后如果是三个字节的话，那么第一个字节的前三位为111，第四位为0，剩余的两个字节的前两位都为10。按照这样的算法去思考一个中文字符的UTF-8是怎么表示的：一个中文字符需要两个字节来表示，两个字节一共是16位，那么UTF-8下，两个字节是不够的，因为两个字节下，第一个字节已经占据了三位：110，然后剩余的一个字节占据了两位：10，现在就只剩下11位，与Unicode下的两个字节，16位去表示任意一个字符是相悖的。所以就使用三个字节去表示非ANSI字符：三个字节下，一共是24位，第一个字节头四位是：1110，后两个字节的前两位都是：10，那么24位-8位=16位，刚好两个字节去表示Unicode下的任意一个非ANSI字符。这也就是为什么UTF-8需要使用三个字节去表示一个非ANSI字符的原因了！

大佬举例细讲

注意默认情况下Windows的编码方式不是UTF-8，读取的时候应该一次读取两个字节
附上CodeBlocks的编码方式配置

文件编码：
setting -> editor ->general setting ->encoding settings此处默认Windows-936即gbk
 
编译编码：
setting -> compiler -> global compiler settings -> other compiler options在框中输入：
    -finput-charset=GBK
    -fexec-charset=GBK

Dev只能编译各种ANSI格式的文件，所以外面导入的文件总是乱码，没有很好的解决方法，只能通过文本保存的方式申明其编码方式操作参考

华为的服务器数据溢出让我裂开 ，调了好久，呜呜呜
处理后可以输出中文及其十进制数的代码如下

# include 
# include 
# include  

int main() {
	FILE *pf = NULL; // 文件指针
	
	int file_len = 0;
	unsigned char *buf;
	pf = fopen("hello.c", "r"); // 以只读的方式打开文件
	if (pf == NULL) {
		return 0;
	} 
	else {
		// 获取文件长度
		fseek(pf, 0, SEEK_END);	// 文件指针移到末尾
		file_len = ftell(pf);	// 获得文件当前指针位置，即为文件长度
		rewind(pf);		// 将文件指针移到开头，准备读取 字符串
		
		buf = malloc(file_len+1);	// 新建缓冲区，存储读出的数据
		// 将缓冲区初始化为0
		for(int i = 0; i < file_len+1; i++)
			buf[i] = 0;
		
		fread(buf, file_len, 1, pf);	// 读取文件
		fclose(pf);		// 关闭文件 
	}
	int len = strlen(buf);

	// 打印结果 
	int char_len = 0;
	int num[20];	// 存每行对应的ASCII码
	for(int i = 0; i < len; i++) {

		if(buf[i] == ' ') printf("SP\t"), num[char_len] = buf[i];
		else if(buf[i] >= 128) {
			printf("%c%c%c\t", buf[i], buf[i+1], buf[i+2]);
			// utf-8 	1个汉字==3个字节
			//int k = ((buf[i]&(0b00001111))<<12) + ((buf[i+1]&(0b00111111)<<6)) + (buf[i+2]&(0b00111111));
			int b1 = buf[i]&(0b00001111);
			int b2 = buf[i+1]&(0b00111111);
			int b3 = buf[i+2]&(0b00111111);
			num[char_len] = (b1<<12) + (b2<<6) + b3;
			//printf("*%d*\n", num[])
			
			i += 2;
		}
		else if(buf[i] == '\r') printf("\\r\t"), num[char_len] = buf[i];
		else if(buf[i] == '\n') printf("\\n\t"), num[char_len] = buf[i];
		else if(buf[i] == '\t') printf("\\t\t"), num[char_len] = buf[i];
		else printf("%c\t", buf[i]), num[char_len] = buf[i];
		char_len++;
		
		
		if(char_len % 16 == 0) {		// 一行显示16个 
			
			printf("\n");
			for(int j = 0; j < char_len; j++) printf("%d\t", num[j]);
			printf("\n");
			char_len = 0;
		}
		if(i + 1== len) {
			printf("\n");
			for(int j = 0; j < char_len; j++) printf("%d\t", num[j]);
			break;
		}
		
	}
	printf("\n");
	free(buf);
	return 0;
}

注意读取字符的时候，在CRLF格式下，回车是 \r\n
不读 \r 的话会会出现奇怪的换行现象，因为光标会跳转到行首
\r 会让光标到行行首

第6章 程序的生成 Cpp、Gcc、As、ld

6.1 请提交每步生成的文件

生成 hello.i 文件

gcc -E hello.c -o hello.i
// 或
cpp hello.c > hello.i

生成 hello.s 文件

gcc -S hello.c -o hello.s
// 或
cc1 hello.i -o hello.s
// cc1 很可能不在path中，用一下代码
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/cc1 hello.i -o hello.s

生成 hello.o 文件

gcc -c hello.s -o hello.o
// 或
as hello.s -o hello.o

生成 hello.out文件

gcc hello.o -o hello.out
// 或
ld hello.o -lc -o hello.out
// ld 使用可能会出错

看文本文件的内容 File 文件名 看文件类型等，有一下多种方式

nano hello.c

more hello.c

cat hello.c

gedit hello.c

第7章 计算机数据类型的本质

7.1 运行sizeof.c填表

Windows中用VS可以轻易切换 X86/X64
Linux中

// 32位
gcc hello.c -m32
// 64位
gcc hello.c -m64

如果报错了

错误原因是：

系统中的gcc没有安装multilib 库；使用这个库可以在64位的机器上产生32位的程序
运行一下命令安装即可

sudo apt-get install gcc-multilib
sudo apt-get install g++-multilib

注意：sizeof()返回值为无符号整型
printf("%u", sizeof(int)); // M32
printf("%lu", sizeof(int)); // M64

第8章 程序运行分析

8.1 sum的分析

1. 运行结果与原因分析

运行结果：异常退出。
原因分析：无符号数 (len)0-1 = 4294967295；造成数组访问越界，程序异常结束。

设置访问限制，防止下标越界
运行结果：则输出整个数组所有数字之和。
原因分析：无符号数 (len)0-1 = 4294967295；程序访问了整个数组空间

2. 论述改进方法

方法一：把 i <= len – 1; 改为 i < len;
方法二：unsigned len 改为 int len

8.2 float的分析

大家都知道，在二进制世界中，浮点数是不精确的，因此直接用 < > == !=比较浮点数大小是很危险的，而且结果也是不确定的。

不考虑精度来比较浮点数大小是耍流氓。我之前的做法是基于精度对浮点数进行比较，比如，精度为2，如果 abs(a-b)<0.01，就说明 a==b。否则就是 a>b。

1. 运行结果与原因分析

产生原因分析：
第一组输入在表示为二进制时是无线循环的，而float只能表示到小数点后23位，所以要进行截断和舍入，被舍入为偶数。

第二组输入在表示为二进制时是有限的，所以表示为精确值不需要舍入，或者小数点6位之后的舍入值刚好是本身。

2. 论述编程中浮点数比较、汇总统计等应如何正确编程。

浮点数的表示是近似值，所以要尽量避免利用浮点数进行比较。
最好使用浮点数插值加精度限制来比较大小，例如
(a - b) < 1e-6

8.3 利用Fibonacci求黄金比例程序优化

也可以将求Fibonacci的整型数改为double类型，由于浮点数的存储机制，默认去掉低位无法存储的数据，产生的结果接近真实值 0.618