20135327郭皓——信息安全系统设计基础第五周学习总结

第五周（10.05-10.11）:

学习计时：共5小时 读书： 代码： 作业： 博客：

一、学习目标

1. 理解逆向的概念以及 2. 掌握X86汇编基础，能够阅读（反）汇编代码 3. 了解ISA（指令集体系结构） 4. 理解函数调用栈帧的概念，并能用GDB进行调试

第三章 程序的机器级表示

3.1 历史观点

Inter处理器俗称x86

 

3.2 程序编码

gcc编译器编译流程：

·C预处理器扩展源代码；

·编译器产生两个源代码的汇编代码 p1.s p2.s

·汇编器将汇编代码转换成二进制目标代码文件 p1.o p2.o

·链接器将两个目标代码文件与实现库函数的代码合并，并产生可执行代码p

 

3.2.1 机器级代码

机器及编程的两个重要抽象

·集体系结构：机器级程序的格式和行为

·机器级程序使用的储存器地址是虚拟地址

一些通常对c语言程序员隐藏的处理器状态是可见的：

·程序计数器：要执行的下一条指令在存储器中的地址

·整数寄存器：存储地址或者整数数据

·条件码寄存器：保存最近执行的算术或逻辑指令的状态信息

·浮点寄存器：放浮点数据

程序存储器：

·程序的可执行机器代码

·操作系统需要的一些信息

·用来管理过程调用和返回的运行时栈

·用户分配的存储器块

 

3.2.3 关于格式的注释

·有'.'开头的行都是指导汇编器和连接器的命令

·左边有编号共引用，右边是注释

 

3.3 数据格式

·字：16位数据类型

·双字：32位数据类型

·四字：64位

大多数指令都是对字节或双字操作的

 

3.4 访问信息

·一个IA32中央处理单元（CPU）包含一组8个存储32位值得寄存器，这些寄存器用来存放整数数据和指针

 

3.4.1 操作数指示符

·操作数的三种

1.立即数：$+标准C表示的整数

2.寄存器

3.存储器

 

3.4.2 数据传送指令

·指令类：例如：MOV类由movb movw movl组成

·MOV类中的指令将源操作数的值复制到目的操作数中

·程序栈：后进先出原则 push1入栈 pop1出栈

 

3.5 算数和逻辑操作

·每个指令类都有对字节，字和双字数据进行操作的指令

·这些操作别分为四种：

1.加载有效地址

2.一元操作：一个操作数

3.二元操作：两个操作数

4.移位

 

3.5.1 加载有效地址

·加载有效地址指令leal实际上是movl指令的变形

·它的指令形式是从存储器读数据到寄存器，但实际上它根本没有引用存储器

 

3.5.2 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

·二元操作，第二个操作数既是源又是目的，源操作数是第一个，目的操作数是第二个

 

3.5.3 移位操作

·先给出移位量，第二项给出要移位的位数

 

3.5.5 特殊的算数操作

·imull：有符号全64位乘法

·mull：无符号全64位乘法

·cltd：转为四字

·idivl：有符号除法

·divl：无符号除法

 

3.6 控制

3.6.1 条件码

·CF：进位标志，可以用来检测无符号数的溢出

·ZF：零标志。最近的操作得出的结果为0

·SF：符号标志。最近的操作得到的结果为负数

·OF：溢出标志。最近操作导致一个补码（正/负）溢出

· leal指令不会改变任何条件码，因为它是用来进行地址计算的

·有两类指令只设置条件码而不改变任何其他条件码：

1.CMP：比较

  cmpb cmpw cmpl

2.TEST:测试

  testb testw testl

 

3.6.2 访问条件码

·条件码通常不会直接读取，常用的使用方法有三种：

1.可以根据条件码的某个组合，将一个字节设置为0或者1

2.可以条件跳转到程序的某个其他的部分

3.可以有条件的传送数据

·对第一种情况，我们将这一整类指令称为SET指令

 

3.6.3 跳转指令及其编码

·跳转指令会导致执行切换到程序中一个全新的位置

·在汇编代码中，这些跳转的目的地通常用一个标号指明

.

 

3.6.4 翻译条件分支

·讲条件表达式和语句从c语言翻译成机器代码，最常用的方式是结合有条件和无条件跳转

·gotodiff 使用了C语言中的goto语句

 

3.6.5 循环

·do-while

·while

·for

具体看书看习题

 

3.6.6 条件传送指令

·计算一个条件操作的两个结果，然后再根据条件是否满足从而选取一个

 

3.6.7 switch语句

·switch语句可以根据一个整数索引值进行多重分支（具体看书p145）

 

3.7 过程

·一个过程调用包括将数据（以过程参数和返回值的形式）和控制从代码的一部分传递到另一部分

 

3.7.1 栈帧结构

·栈帧：为单个过程分配的那部分栈

·寄存器%ebp为帧指针  

·寄存器%esp为栈指针  可移动

 

3.7.2 转移控制

·支持调用和返回的指令

 

3.7.3 寄存器使用管理

·程序寄存器组是唯一能被所有过程共享的资源

·根据惯例：

1.寄存器%eax %edx %ecx被划分为调用者保存寄存器

2.寄存器%ebx %esi %edi被划分为被调用者保存寄存器

 

3.8 数组分配和访问

3.8.1 基本原则

·对于数据类型T和整型常数N，声明如下：

T    A[n];

它有两个效果。首先，他在存储器中分配一个L·N字节的连续区域；这里L是数据类型T的大小，用Xa来表示起始位置。其次，它引入了标识符A；可以用A作为指向数组开头的指针，这个指针的值就是Xa。可以用从0到N-1之间的整数索引来访问数组元素。数组元素i会被存放在地址为Xa+L*i的地方

 

3.8.2 指针运算

具体看书p159

·

 

3.8.3 嵌套的数组

具体看书p160

 

3.9 异质的数据结构

·C语言提供了两种结合不同类型的对象来创建数据类型的机制

结构，用关键字struck声明，将对各对象集合到一个单位中

联合，用关键字union声明，允许用几种不同的类型来引用一个对象

 

3.9.1 结构

·C语言的struct声明创建一个数据类型，将可能不同类型的对象聚合到一个对象中

（具体看书p164）

 

3.9.2 联合

·允许以多种类型来引用一个对象

（具体看书p167）

 

3.9.3 数据对其

·许多计算机系统对基本数据类型合法地址做出了一些限制，要求某种类型对象的地址必须是某个值K（通常是2,4或8）的倍数

p170

 

3.10 综合：理解指针

·每个指针都对应一个类型

·每个指针都有一个值

·指针用&运算符创建

·操作符用于指针的间接引用

·数组与指针紧密联系

·降至针从一种类型强制转换成另一种类型

·指针也可以指向函数

 

3.11 应用：使用GDB调试器

·常用的gdb命令：

 

后面的内容多为实例讲解，并不是很理解，应多看多理解。

 

3.15 总结：

本章，我们通过c语言方式，了解了机器级编程。机器级程序和它们的汇编代码表示，与c语言的差别很大。在汇编语言程序中，各种数据类型之间的差别很小。程序是以指令序列来表示的，每条指令都完成一个单独的操作。部分程序状态，如寄存器和运行时栈，对程序员来说是直接可见的。