信息安全系统设计基础期中总结

 计划学习时间：210分钟     实际学习时间：230分钟。

 

一、查找或帮助命令

man -k：             man 3 printf

1.Linux 2.系统调用 3.c语言

grep -nr                查找某个宏 grep -nr XXX /usr/include（XXX为宏）

n：为显示行号 r：为递归查找

二、工具

vim

大写“K”可以用来查找函数的帮助信息:查看 man page,命令模式下，将光标放在函数名上，按 "K" 可以直接察看 man page。
: set nu 显示行号
: set ai 自动缩行
: set ts=4 设置一个 TAB 键等于几个空格
[[ 转到上一个位于第一列的 "{"
]] 转到下一个位于第一列的 "{"
{ 转到上一个空行
} 转到下一个空行
gd 转到当前光标所指的局部变量的定义

 

 

Make和Makefile自动化编译

Makefile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：

• 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’；

• 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。

• 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

格式为：

test(目标文件): prog.o code.o(依赖文件列表) tab(至少一个tab的位置) gcc prog.o code.o -o test(命令) ....... 即： target: dependency_files command

 

三、正则表达式

作用：

• 验证是否匹配
• 查找
• 替换

规则：

• \ 特殊符号，表示后面的字符本身
• [ ] 匹配其中任意字符，但每次匹配只匹配一个
• [^ ] 匹配除其中的任意字符，每次匹配只匹配一个

• {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：

  • • ^ 从字符串开始的地方匹配
    • $ 从字符串结束的地方匹配
    • | 可以匹配左或者右

    • () 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

创建该库：

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

参数：

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

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

1.第一章：计算机系统漫游
（1）信息=位+上下文

系统中所有信息的都是由一串位表示的，区分不同数据对象的唯一方法是它的上下文。

（2）冯式结构

CPU执行指令的操作：加载、存储、操作、跳转

（3）存储系统核心思想———缓存
（4）操作系统核心抽象

文件、虚存、进程、虚拟机

（5）查看源文件用od 命令 ： od -tc -tx1 hello.c
2.链接
（1）链接器的两个任务

- 符号解析 - 重定位

（2）目标文件的三种形式

- 可重定位目标文件 - 可执行目标文件 - 共享目标文件

（3）目标文件格式

- a.out 可执行文件 - COFF 一般目标文件格式 - PE 可移植可执行文件格式 - ELF 可执行可连接文件格式

（4）readelf命令

用于显示一个/多个elf格式目标文件的信息

（5）全局符号

- 强符号：函数和已经初始化的全局变量 - 弱符号：未初始化的全局变量

• 规则：

  - 不允许有多个强符号 - 若有一个强符号和多个弱符号，选强符号 - 若有多个弱符号，任选一个

（6）处理目标文件的工具

- AR 创建静态库，插入、删除、列出和提取成员 - STRINGS 列出一个目标文件中所有可打印的字符串 - STRIP 从目标文件中删除符号表中定义的符号 - NM 列出一个目标文件中节的名字和大小 - READELF 显示一个目标文件的完整结构 - OBJDUMP 二进制工具之母，可以显示一个目标文件中所有的信息

3.信息的表示和处理

（1）三种数字

        无符号数、有符号数（2进制补码）、浮点数

• • 补码是利用寄存器的长度是固定的特性简化数学运算，只要一个加法器就可以实现所有的数学运算。
  • 进制转换：拿二进制作中间结果

（2）信息存储

• • gcc -m32 可以在64位机上（比如实验楼的环境）生成32位的代码

  • 字节顺序是网络编程的基础

    - 小端是“高对高、低对低” - 大端是“高对低、低对高”

  • 逻辑运算（结果是1或0）和位运算（结果是位向量）

    只要一个与非门，就可以完成所有的逻辑运算。

  • 掩码是位运算的重要应用，对特定位可以置一，可以清零

（3）整数表示与运算

• • C语言中有符号数和无符号数的转换规则，位向量不变——信息就是位+上下文。

  • 0扩展和符号扩展

    零扩展：要将一个无符号数转换为一个更大的数据类型，只需简单的最高位前加0。
    符号扩展：将一个补码数字转换为一个更大的数据类型，在表示中添加最高有效位值的副本。

 

（4）浮点数——IEEE浮点表示

• • IEEE浮点标准用V = (-1)^s × M × 2^E的形式来表示一个数

    - 符号：s决定这个数是负数（s=1）还是正数（s=0），而对于数值0的符号位解释作为特殊情况处理。 - 尾数：M是一个二进制小数，它的范围是1～2-ε，或者是0～1-。 - 阶码：E的作用是对浮点数加权，这个权重是2的E次幂（可能是负数）。

 

 

4.程序的机器级表示

（1）寻址方式三代

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

（2）ISA指令集体系结构

• • 机器级程序的格式和行为，它定义了处理器状态、指令的格式以及每条指令对状态的影响。

（3）编译过程：

- - 用objdump -d xxx.o -o xxx.s 反汇编

（4）算术和逻辑操作

• • 加载有效地址

    leal，从存储器读数据到寄存器，而从存储器引用的过程实际上是将有效地址写入到目的操作数。目的操作数必须是一个寄存器。

  • 一元操作和二元操作

    一元操作：只有一个操作数，既是源又是目的，可以是一个寄存器或者存储器。
    二元操作：第二个操作数既是源又是目的，两个操作数不能同时是存储器。

 

      （5）栈帧

• • 栈帧结构

    - 为单个过程分配的栈叫做栈帧，寄存器%ebp为帧指针，而寄存器指针%esp为栈指针，程序执行时栈指针移动，大多数信息的访问都是相对于帧指针。 - 栈向低地址方向增长，而栈指针%esp指向栈顶元素。

  • 转移控制

    - call：目标是指明被调用过程起始的指令地址，效果是将返回地址入栈，并跳转到被调用过程的起始处。 - ret：从栈中弹出地址，并跳转到这个位置。 - 函数返回值存在%eax中

 

5.处理器体系结构

（1）Y86指令集体系结构

• • 程序员可见的状态（Y86程序中的每条指令都会读取或修改处理器状态的某些部分）

    - 8个程序寄存器：%eax,%ecx,%edx,%ebx,%esi,%edi,%esp和%ebp。 - 条件码：ZF(零)、SF（符号）、OF（有符号溢出） - 程序计数器（PC）：存放当前正在执行的指令的地址 - 存储器：很大的字节数组，保存着程序和数据。Y86系统用虚拟地址来引用存储器的位置，硬件和操作系统软件联合起来将虚拟地址翻译成实际或者物理地址。 - 状态码（stat）：表明程序执行的总体状态。（异常处理）

 

 

• • 指令编码规则

    高4位为代码部分，低四位为功能部分

  • Y86异常（状态码：描述程序执行的总体状态。）

    值		名字		含义
    1		AOK		正常操作
    2		HLT		处理器执行halt指令（指令停止）
    3		ADR		遇到非法地址
    4		INS 遇到非法指令

 

（2）逻辑设计和硬件控制语言HCL

• • 实现一个数字系统需要的三个组成部分

    - 计算对位进行操作的函数的组合逻辑 - 存储位的存储器元素 - 控制存储器元素更新的时钟信号

 

6.存储器层次结构

（1）三种常见存储技术：RAM/ROM/磁盘

• 随机访问存储器（RAM）

  静态RAM（SRAM）
  动态RAM（DRAM）

• 非易失性存储器（ROM）

  • 可编程ROM（PROM）：只能被编程一次。PROM每个存储单元有一种熔丝，只能用高电流熔断一次。
  • 可擦写可编程ROM（EPROM）：紫外线光照射过窗口，EPROM就被清除为0，被擦除和重编程的次数为1000次。
  • 电子可擦除ROM（EEPROM）：不需要一个物理上独立的编程设备，因此可以直接在印制电路卡上编程，能够编程的次数为10^5。
  • 闪存：基于EEPROM，为大量的电子设备提供快速而持久的非易失性存储。

• 磁盘

  - 磁盘结构：盘片、磁道、扇区、间隙、柱面
  - 磁盘容量：记录密度、磁道密度、面密度
  - 访问时间：寻道时间+旋转时间+传送时间
  - 访问磁盘：CPU使用一种称为存储器映射I/O的技术向I/O设备发出命令，地址空间中为I/O设备通信保留的地址称为I/O端口。

• 逻辑磁盘块
• 数据总线、控制总线、地址总线
• 系统总线、存储总线、I/O总线

• 读写事务：读事务，从主存传数据到CPU；写事务，从CPU传数据到主存。

 

（2）局部性

• 对程序数据引用的局部性

• 取指令的局部性

（3）存储器层次结构

• 中心思想：每层存储设备都是下一层的“缓存”

• 不命中率：不命中数量/引用数量

• 命中率：1-不命中率

• 高速缓存存储器结构

  • 高速缓存的结构用元组（S,E,B,m）来描述，高速缓存的大小C = S * E * B

    - s个组索引位：一个无符号整数，说明字必须存储在哪个组中。 - t个标记位：组中的哪一行包含这个字。 - b个块偏移位：在B个字节的数据块中的字偏移。

参考资料：

1.《深入理解计算机系统》

2.博客每周测试解析

3.小组同学提问与老师的解析

20135202闫佳歆http://www.cnblogs.com/20135202yjx/p/4926597.html

六、习题

4.1  Y86中 jmp 0x100 对应的机器码是（0x7000010000）
4.2  Y86中 0xa00f 对应的汇编语句是（pushl %eax）
CH04 判断：Y86中，状态码INS表示遇到非法指令。（ok）
CH04 填空：创建Y86代码唯一的工具是（汇编器 or YAS）

4.24 填空：mem_write中为什么有IRMMOVL（ 寄存器往内存写 ）

 CH04 填空：Y86中对于PC值p=100,指令包括一个寄存器指示符字节和,常数1,增加器产生值（106）

七、收获

       前面的自主学习，主要是针对老师的重点来学习的，并且学习的过程中，由于没有细细琢磨，只懂一些简单的概念，与简单的计算题，而更深入的题，就要看小组的提问与解析，或者自己问同学。

       这次的期末总结，在综合各个同学的博客列出的知识点，把书翻看一遍，并把自己觉得并不熟练或者觉得重要的知识点记下来。过一遍老师给的重点掌握的知识，看了一遍每周的测试解析（这次看就觉得题目很简单了），在做家庭作业的过程中，感觉才是对知识的真正运用。比如，如何在32位的机器上进行64位的运算，这就要用到第二章的知识，感觉新鲜有趣，但是有时候也会遇到挫折。

      我觉得有时候学习效率这种事，有时候是要靠逼出来的，计划自己多少个小时完成，就必须在时间段内全心去做，不要三心二意。

      对于老师的课，我觉得虽然这个学期的学习压力很大，每周都公布成绩榜，让我的头上感觉随时都横着一把利刀，不进则退。但到了这个时候，回过头想想，自己曾经那么努力过，而且学到的知识，又与别的科目相连，学习并不是赔本的生意，迟早要学的，所以，趁现在，好好学。谢谢，老师！