20135337——信息安全设计基础第七周复习笔记

课本知识重难点梳理

第1章 计算机系统漫游

1.信息

• 位+上下文

系统中所有信息都是由一串位表示的，区分不同数据对象唯一方法是读到这些数据对象时的上下文。

2.程序被翻译成不同格式

• 编译系统

预处理器、编译器、汇编器、链接器

3.存储设备层次结构

• 核心思想：缓存
• 操作系统核心抽象：文件、虚存、进程、虚拟机

第2章 信息的表示和处理

1.信息存储

• 进制转换：拿二进制作中间量

• 网络编程基础：字节顺序

  大端法：高对低，低对高
  小端法：高对高，低对低

• 运算

  逻辑运算：结果0或1（如果对第一个参数求值就能确定表达式的结果，那么就不会对第二个参数求值）
  位运算：结果位向量
  有无符号计算、截断、扩展都要结合具体的练习来体会公式的使用。
• 掩码：对特定位可以置一，可以清零

• IEEE浮点标准

  V=(-1)^s X 2^E X M 来表示一个数
  符号：s决定这个数是正还是负。
  阶码：E对浮点数加权，权重是2的E次幂。
  尾数：M是一个二进制小数，范围为1~2-ε或者0~1-ε。

• 舍入

  向偶舍入：将数字向上或向下舍入，结果的最低有效数字为偶数。
  能用于二进制小数。（默认）
  向零舍入：把整数向下舍入，负数向上舍入。
  向下舍入：正数和负数都向下舍入。
  向上舍入：正数和负数都向上舍入。

第3章 程序的机器级表示

1.机器级代码

• ISA指令集体系结构

  gcc -s hello.c(产生汇编代码)
  gcc -c hello.c(编译并汇编该代码)
  objdump -d hello.o（反汇编）
  针对指令的使用结合具体的练习进行学习效率会更高。

  2.过程

• 栈帧结构
  栈帧——为每一个过程分配的内存空间，它包含两个特殊的参数，栈指针和帧指针。
  栈是向低地址增长的。

  帧指针：%ebp，指向栈底。
  栈指针：%esp，指向栈顶，栈指针可以移动，来分配或释放空间。
  %esp减小——分配空间
  %esp增大——释放空间

第4章 处理器体系结构

1.Y86指令集体系结构

具体使用结合练习

• 异常
  halt指令、非法指令、访问非法地址

  2.HCL硬件控制语言

• 数字系统

  组合逻辑、存储器元素、时针信号

• 表达式

  AND:&&
  OR:||
  NOT:!

  3.Y86的顺序实现

  取指、译码、执行、访存、写回、更新PC

第6章 存储器层次结构

1.随机访问存储器RAM

分类：SRAM和DRAM

特点：掉电失忆

• SRAM比较DRAM

  SRAM：供电不变，不刷新，抗干扰，存取快，贵

  2.只读存储器ROM

• 分类：根据能被重新编写次数和对其编程所用机制分

  PROM:编程一次
  EPROM：能被擦除和重编1000次
  EEPROM：基于EPROM，达10^5次
  flash：一类非易失性存储器

• 特点：非易失性

  3.磁盘

• 磁盘的容量 = 每扇区大小每磁道扇区数磁道数 2 盘片数量

• 访问时间

  T(max rotation)=1/RPM * 60secs/1min ——最大旋转延迟时间
  T(avg rotation)=1/2 * T(max rotation) ——平均延迟时间
  T(avg transfer)=1/RPM * 1/(平均扇区数/磁道) * 60secs/1min ——平均传送时间
  T(access)=T(avg seek)+T(avg rotation)+T(avg transfer) ——整个估计的访问时间

  总结：访问一个磁盘扇区中512字节主要花在寻道时间和旋转延迟

  4.总线

• 存储总线

  1.并行传递方式。
  2.指令和数据向CPU传递时的通道。
  3.分三组:数据总线(用于传递数据);
  地址总线(用于传递主存储器的地址);
  控制总线(用于各种内部控制指令的传递)。

• 系统总线

  1.传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息。
  2.数据总线（用于传送数据信息）；
  地址总线（用来传送地址的地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小）；
  控制总线（用来传送控制信号和时序信号）。

• I/O总线

  指缆线和连接器系统，用来传输I/O路径技术指定的数据和控制信号。

• 读写事务
  
  

5.局部性

    1.重复引用同一个变量从的程序有良好的时间局部性；
    2.对于步长为k的引用模式的程序，步长越小，空间局部性越好。具有步长为1的引用模式的程序有很好的空间局部性；
    3.对于取指令来说，循环有很好的时间和空间局部性。循环体越小，循环迭代次数越多，局部性越好。  

6.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。

• 缓存命中

若需要访问k+1层里的数据块d，如果d已经缓存在第k层，则称缓存命中。

• 缓存不命中

1.若d不在第k层，则是缓存不命中。第k层缓存会从第k+1层缓存中取出包含d的那个块。如果第k层缓存已满，就可能会覆盖现存的一个块。

2.替换策略：1.随机替换策略-随机牺牲一个块。2.最少被使用替换策略LRU-牺牲最后被访问的时间距离现在最远的块。

3.种类

    1.强制性不命中（冷不命中）

    一个空的缓存称为冷缓存，对任何数据对象的访问都不会命中。通常是短暂事件，不会在反复访问存储器使得缓存暖身之后的稳定状态中出现。

    2.冲突不命中

    限制性的放置策略——将第k+1层的某个块限制放置在第k层块的一个小的子集中。

    3.容量不命中

    当工作集的大小超过缓存的大小时，缓存会经历容量不命中，就是说缓存太小了，不能处理这个工作集。

7.高速缓存存储器

• 块、行、组

  块：一个固定大小的信息包。
  行：存储块以及其他信息的容器。
  组：一个或多个行的集合。

• 通用的高速缓存存储器
  

• 直接映射高速缓存

  三步：组选择、行匹配、字选择（如果缓存不命中还需行替换）

第7章

结合以下Linux基础总结

Linux基础

1.VIM

• 普通模式、插入模式和命令行模式切换：

  普通→插入： i 或 a
  插入→普通： Esc
  普通→命令行： :
  命令行→普通：Esc

• 帮助系统

  普通模式下按F1打开vim自己预设的帮助文档
  命令行模式下输入:h shiftwidth 打开名为shiftwidth的帮助文件

2.GCC

预处理：gcc –E hello.c –o hello.i;gcc –E调用cpp
编 译：gcc –S hello.i –o hello.s;gcc –S调用ccl
汇 编：gcc –c hello.s –o hello.o;gcc -c 调用as
链 接：gcc hello.o –o hello ;gcc -o 调用ld

3.GDB

使用GCC编译时要加“-g”参数，然后才能够用gdb调试

• 启动gdb的方法

  gdb program也就是执行文件，一般在当前目录下。
  gdb core 用gdb同时调试一个运行程序和core文件，core是程序非法执行后，core dump后产生的文件。
  gdb 如果程序是一个服务程序，那么可以指定这个服务程序运行时的进程ID。

• 设置断点

  break func 设置断点，在函数func()入口处
  info break 查看断点信息。
  r 运行程序
  n 单条语句执行
  c 继续运行程序
  p I 打印变量i的值
  bt 查看函数堆栈。
  finish 退出函数。
  q 退出gdb

4.makefile

实现自动化编译

• 格式

  target（目标文件）... : prerequisites（要生成那个target所需要的文件或是目标）...

  command（任意的Shell命令，就是make需要执行的命令）

• Makefile中的宏

  递归展开方式  VAR=var
  简单方式    VAR:=var
  使用变量        $(VAR)

5.静态库与动态库

• Windows：静态库：.lib；动态库：.dll(windows)

• Linux：静态库：.a；动态库：.so(linux)（重点学习Linux下的）

  a.静态库

• 为了创建该库，使用AR工具：

  ar rcs libvector.a addvec.o multvec.o

• 为了创建可执行文件，需要编译链接输入文件*.o 和libvector.a:

  gcc -O2 -c .c
  gcc -static -o p2 .o ./libvector.a

• 加载可执行目标文件

  ./p

  b.动态库

• 创建动态库

  gcc -shared -fPIC -o libvector.so addvec.c multvec.c

• 将动态库链接到程序中

  gcc -o p2 *.c ./libvector.so

每周检测重复出现（重点）

• man -k

  man -k k1 | grep k2 | grep k3
  1 Linux中的一般命令
  2 系统调用
  3 库函数，涵盖了C语言的标准函数库

• cheat

  To list the content of /path/to/foo.tgz archive using tar ( tar -jtvf /path/to/foo.tgz )

• find

  查找当前目录下所有目录的find命令是（find . -type d)

• grep

  查找宏 STDIN_FILENO 的值的命令是（grep -nr XXX /usr/include）

• 形成空调用栈帧

  push %ebp movl %esp %ebp

作业例题

总结体会

1.收获与不足：经过两个月的学习，让我对计算机有了进一步的了解，包括汇编的知识，存储器的知识，机器进行计算等方面。收获最大的是如何学习。第一，通过小组答疑论坛大家交流出现的问题，能够发现自己在看书时没有注意的细节，能够学习他人的学习态度。第二，通过自己看书，起初是漫无重点的看，渐渐地学会根据老师给出的重点，有侧重点的学，自己的学习态度也逐渐由开始完成任务变成学知识。第三，通过每周检测和博客评比，增加了认真学习的动力。第四，学的知识只是一条条概念，很多时候不理解，但是结合书上的练习就变得容易了。第五，自学应该是一个个人能力问题，而不仅仅是这门课程的学习方式。不足之处，正如老师说的“欠债”，由于C语言知识的薄弱，让我实践编写代码存在很大的问题，但是前两个月基本没有编程序的项目，我想在日后的学习中应该是一个很大的阻力，现在要努力补充、学习。
2.课程建议：我认为，首先，课堂检测基础知识是比较好的措施，能够检测课前学习的成果如何，同时，可以发现学习中出现的漏洞；其次，老师能够带领我们课堂演示一些指令的用法，能够让我除了实验楼无声的演示之外，有助于理解使用方式；最后，“量”的问题，开学前两周“量”真的很多，知识们在脑海里匆匆而过，大多数只留了个印象，确实变成了完成任务，调整之后，尤其是结合习题学习，让我真的掌握了（汇编这块特别突出，以前学习汇编时欠债，确实读不懂汇编语言，但是现在读懂了），所以我认为知识的学习是慢慢积累的，而不是一口吃个大胖子，最终结果只会消化不良，与此同时，自己主动学习要比被动的逼迫去学习来的有动力。