信息安全系统设计基础第五周学习总结

实验四 第三章 程序的机器级表示

本章学习内容是汇编语言，一定要能读懂

3.1-3.7中练习重点：3.1,3.3,3.5,3.6,3.9,3.14,3.15,3.16,3.22,3.23,3.27,3.29,3.30,3.33,3.34

X86 寻址方式经历三代：

     1  DOS时代的平坦模式，不区分用户空间和内核空间，很不安全
     2  8086的分段模式
     3  IA32的带保护模式的平坦模式

对于机器级编程来说,其中两种抽象尤为重要

     1  机器级程序的格式和行为,定义为指令集体系结构(ISA),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
     2  机器级程序使用的存储器地址是虚拟地址,提供的存储器模型看上去是一个非常大的字节数组

 

数据格式:由于是从16位体系结构扩展成32位，intel用术语字（word）表示16位数据类型，因此32位为双字（double words），64位数为4字（quad words）

 

对于ISA，要有以下基本观念：IA32的ISA和x86-64的ISA，以及其他大多数ISA，在抽象时都将指令按顺序执行抽象。但是处理器的硬件可以并发地执行许多指令，并且采用了一些safeguards来确保并行执行之后的结果和一条一条顺序执行的结果一样

一个IA32 CPU包含一组8个存储32位值的寄存器，用以存整数数据和指针：eax,ecx,edx,ebx,esi,edi,esp,ebp.大多数情况下前六个都用作通用寄存器，eax,ecx,edx的存储和恢复惯例不同于ebx,edi,esi（前三者为被调用者保存，后三者为调用者保存，详见3.7.3）；最后两个用于存储指针，由于在过处理中非常重要，分别指向栈帧的顶部和底部，必须保持

 

关于ISA的指令:

一是，ISA中每条指令占用字节数不等，常用的指令所需的字节数少，不太常用的指令的字节数多,这样的话，相对于每条指令占用等长字节数的ISA，这种占用字节数不等的ISA为程序产生的总空间要更少。

 二是，ISA中的指令在设计时，达到了一个效果，对于一个二进制指令串，从某个字节开始，译码的结果是唯一的，这是达到了编码理论中“唯一可译性”的要求。

 (我觉得大概正是反汇编器正是利用了唯一可译性，从而将一串指令字节序列分割开来的)

 

 IA机器代码和原始的C代码差别很大

     1  程序计数器(PC)指令将要执行的下一条指令在存储器中的地址
     2  整数寄存器文件包含8个命名的位置,分别存储32位的值
     3  一些浮点寄存器存放浮点数据

gcc -S xxx.c -o xxx.s 获得汇编代码，也可以用objdump -d xxx 反汇编

注意:  64位机器上想要得到32代码：gcc -m32 -S xxx.c MAC OS中没有objdump, 有个基本等价的命令otool Ubuntu中 gcc -S code.c （不带-O1） 产生的代码更接近教材中代码（删除"."开头的语句） 

二进制文件可以用od 命令查看，也可以用gdb的x命令查看。 有些输出内容过多，我们可以使用 more或less命令结合管道查看，也可以使用输出重定向来查看

            od code.o | more od code.o > code.txt 

当一个源文件生成了'.o'的目标二进制文件后，无法直接查看。

但是还是有个查看目标代码文件内容的方法，就是对'.o'目标文件使用反汇编器。它的输出还是二进制文件，但是，反汇编器将这些二进制按照指令进行了分段。让我们知道哪一段是一个指令（格式上与汇编器产生的汇编文件一样，分行的）

 

表中不同数据的汇编代码后缀

C声明	Intel数据类型	汇编代码后缀	字节
char	字节	b	1
short	字	w	2
int	双字	l	4
long int	双字	l	4
long long int	-----	-	4
char *	双字	l	4
float	单精度	s	4
double	双精度	l	8
long double	扩展精度	t	10/12

数据传送指令有三个变种:movb(传送字节)movw(传送字)movl(传送双字)

 

寄存器:

     esi edi可以用来操纵数组

     esp ebp用来操纵栈帧

     对于寄存器，特别是通用寄存器中的eax,ebx,ecx,edx,要理解32位的eax,16位的ax,8位的ah,al都是独立的，通过下面例子说明：

    假定当前是32位x86机器，eax寄存器的值为0x8226，执行完addw $0x8266, %ax指令后eax的值是多少？ 解析：0x8226+0x826=0x1044c, ax是16位寄存器，出现溢出，最高位的1会丢掉，剩下0x44c，不要以为eax是32位的不会发生溢出 

 

操作数的三种类型：立即数、寄存器、存储器

     立即数：即常数值

     寄存器：表示某个寄存器内容

     存储器：根据计算出来的地址（通常称有效地址）访问某个存储器位置

     因此寻址方式也有多种，如：立即数寻址、寄存器寻址、绝对寻址、间接寻址、变址寻址、伸缩化  的变址寻址……

 

有效地址的计算方式 Imm(Eb,Ei,s) = Imm + R[Eb] + R[Ei]*s

 

区分MOV,MOVS,MOVZ三个命令

     MOV相当于C语言的赋值”=“

     MOVS将作了符号扩展的字节传送到字

     MOVZ将作了零扩展的字节传送到字

(不能从内存地址直接MOV到另一个内存地址，要用寄存器中转一下)

mov族（mov指令还有很多兄弟指令如movb、movw、movsb、movzb）、pop、push

movsb、movzb分别为符号扩展、零扩展，它们只拷贝一个字节，源操作数均为单字节，并设置目的操作数中其余的位，效果如下：

      初始假设：%dh=8D  %eax=98765432

      1   movb   %dh,%al       ;%eax=9876548D

      2   movsbl %dh,%eax    ;%eax=FFFFFF8D（目的操作数高24位设为源字节最高位，在这里为很显然为1，所以前24位为全F）

      3   movzbl %dh,%eax    ;%eax=0000008D（目的操作数高24位被设为0）

pushl指令等价于：

          subl $4,%esp

          movl %ebp,(%esp)  //注意这里的括号引起的差别

popl指令等价于：

           movl (%esp),%eax

           addl $4,%esp

 

栈顶元素的地址是所有栈中元素地址中最低的

 

1.指针其实是地址，间接引用指针就是将该指针放在一个寄存器中 ，然后在间接存储器引用中引用这个寄存器

2.局部变量通常保存在寄存器中，而不是存储器（个人猜测应该是局部变量属于动态分配，局部变量因此被动态置入寄存器，而非存储器）

例如调用exchange:

     int a = 4;

     int b = exchange(&a,3);

     printf("a=%d,b=%d\n",a,b);

     打印出a=3,b=4

(&(取址)创建一个指针,在本例中,该指针指向保存局部变量a的位置.然后函数exchange用3覆盖存储在a中的值,但是返回4作为函数的值)

 

算术和逻辑操作

     移位操作 ：sall==shll（填0）  sarl(算术右移，填符号位)  shrl（逻辑右移，填0）

     特殊算术操作：imull(有符号64位乘法)  mull(无符号64位乘法)  cltd(转换为四字) idivl(有符号除法)   divl(无符号除法)

 

 

使用gcc –S –o main.s main.c -m32命令编译成汇编代码