csapp 深入理解计算机系統 笔记

参考

• 计算机速成课 | Crash Course 字幕组 (全40集 2018-5-1 精校完成)
• csapp重点解读
• 深入理解计算机系統 csapp

lab

• Lab Assignments
• Lab 直接下载
• 参考

第1章：计算机系统漫游

Amdahl定律: 当我们对系统的某个部分加速时，其对系统整体性能的影响取决于该部分的重要性和加速程度, 某一个部分占的时间百分比为$\alpha$ ，然后，把这一部分的性能提升 k 倍,系统性能提速的倍数为:
$$S=\frac{1}{(1-\alpha )+\alpha /k}$$

第 2 章：信息的表示和处理

#include 
typedef unsigned char *pointer;

void show_bytes(pointer start, size_t len){
    size_t i;
    for (i = 0; i < len; i++)
    printf("%p\t0x%.2x\n",start+i, start[i]);
    printf("\n");
}

int main(){
    int a = 0x01234567;
    show_bytes((pointer) &a, sizeof(int));
}

输出：

gcc -g -O0 -o main main.c
./main
"小端表示："
0x7fff82d76b84  0x67
0x7fff82d76b85  0x45
0x7fff82d76b86  0x23
0x7fff82d76b87  0x01

Data Lab

Data Lab: Manipulating Bits

wget http://csapp.cs.cmu.edu/3e/datalab-handout.tar
tar -xf datalab-handout.tar

# 直接安装gcc-multilib 可能会报
/usr/bin/ld: skipping incompatible /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/libgcc.a when searching for -lgcc
/usr/bin/ld: cannot find -lgcc: No such file or directory
# 安装对应版本的
sudo apt install -y gcc-9-multilib 

# 编译与测试
make
./btest -f bitXor

参考

/* 德摩根定律
（1） x^y = (~x&y)|(~y&x) = ~(~((~x&y)) & (~((~y&x)))
（2）x ^ y = (x | y) & ~(x & y)
 * bitXor - x^y using only ~ and & 
 */
int bitXor(int x, int y) {
  // return (~(x & y)) & (~(~x & ~y));
  int a = ~(~x & y); //
  int b = ~((~y)&x);
  return ~(a&b);
}
// https://stackoverflow.com/questions/7300650/how-to-find-tmax-without-using-shifts
int isTmax(int x) {
  int a = ~((x + 1) ^ x); // 当是最大值是为0
  int b = !(x + 1); 
  return !(a + b);
}
/* 
 * allOddBits - return 1 if all odd-numbered bits in word set to 1
 */
int allOddBits(int x) {
  int a1 = 0xAA;
  int a2 = (a1<<8) | a1;
  int a3 = (a2<<16) | a2;
  return !(a3^(x&a3));
}
/* 
 * negate - return -x 
 *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>
 */
int negate(int x) {
  return (~x)+1;
}
//3
/* 
 * isAsciiDigit - return 1 if 0x30 <= x <= 0x39 (ASCII codes for characters '0' to '9')
 *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>
 */
int isAsciiDigit(int x) {
  int a = !((x >> 3) ^ 0x06); // 判断 x>>3 是否为 110
  return a | (!(x ^ 0x38)) | (!(x ^ 0x39)); // 0x38 0x39 单独判断
}
/* 
 * conditional - same as x ? y : z 
 *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >> */
int conditional(int x, int y, int z) {
  int mask = ((!!x) << 31) >> 31; // x 为真是 0xffffffff
  return ((mask & y) | (~mask & z)) ; 
}
/* 
 * isLessOrEqual - if x <= y  then return 1, else return 0 
 *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>
 */
int isLessOrEqual(int x, int y) {
  int sx = (x >> 31) & 0x1; // 获取最高符号位
  int sy = (y >> 31) & 0x1;
  int c1 = (~sy & sx);  //y正x负，直接可以判定y>x
  int c2 = (~sx & sy); //y负x正，直接可以判定y
  int y_x = y + (~x + 1); // y-x
  int sign = y_x >> 31; // 判断 y-x是否溢出
  return c1 | (!c2 & !sign); 
}
/* 
 * logicalNeg - implement the ! operator
 *   Legal ops: ~ & ^ | + << >>
 */
int logicalNeg(int x) {
  // 特殊情况 0x80000000 相反数是一样的
  int s1 = (x >> 31) & 1;
  int s2 = ((~x+1) >> 31) & 1;
  return (~(s1|s2))+2; // 所以不能使用 ^
}

第03章：程序的机器级表示

Bomb Lab

• CSAPP | Lab2-Bomb Lab 深入解析
• CSAPP实验之Bomb Lab详解
• x86-64 下函数调用及栈帧原理
• 【arm】常见函数调用约定(x86、x64、arm、arm64)

X64只有一种 fastcall 函数调用约定。
参数1、参数2、参数3、参数4分别保存在 RCX、RDX、R8D、R9D ，剩下的参数从右往左一次入栈，被调用者实现栈平衡，返回值存放在 RAX 中。

objdump -d ./bomb > bomb.asm
main 部分：
  400e32:	e8 67 06 00 00       	call   40149e <read_line>
  400e37:	48 89 c7             	mov    %rax,%rdi
  400e3a:	e8 a1 00 00 00       	call   400ee0 <phase_1>
  400e3f:	e8 80 07 00 00       	call   4015c4 <phase_defused>

0000000000401338 <strings_not_equal>:
  401338:	41 54                	push   %r12
  40133a:	55                   	push   %rbp
  40133b:	53                   	push   %rbx
  40133c:	48 89 fb             	mov    %rdi,%rbx
  40133f:	48 89 f5             	mov    %rsi,%rbp
  401342:	e8 d4 ff ff ff       	call   40131b <string_length>
  401347:	41 89 c4             	mov    %eax,%r12d
  40134a:	48 89 ef             	mov    %rbp,%rdi
  40134d:	e8 c9 ff ff ff       	call   40131b <string_length>

调试

gdb ./bomb
(gdb) disassemble phase_1
Dump of assembler code for function phase_1:
   0x0000000000400ee0 <+0>:     sub    $0x8,%rsp
   0x0000000000400ee4 <+4>:     mov    $0x402400,%esi
   0x0000000000400ee9 <+9>:     call   0x401338 <strings_not_equal>
   0x0000000000400eee <+14>:    test   %eax,%eax
   0x0000000000400ef0 <+16>:    je     0x400ef7 <phase_1+23>
   0x0000000000400ef2 <+18>:    call   0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000400ef7 <+23>:    add    $0x8,%rsp
   0x0000000000400efb <+27>:    ret    
End of assembler dump.

是将读入的%rdi 和 %rsi 进行对比

x [Address expression]
x /[Format] [Address expression]
x /[Length][Format] [Address expression]
x
(gdb) x/s 0x402400
0x402400:       "Border relations with Canada have never been better."