20135218——信息安全系统设计基础期中总结

 第八周学习及期中考试总结

一： 1：Linux命令

     登录Linux后，我们就可以在#或$符后面去输入命令，有的时候命令后面还会跟着选项（options）或参数（arguments).

      即Linux中命令格式为：command[options][arguments]。但有些命令也不需要跟着选项或参数。

2 ：man命令

      1是普通的Linux命令（用户命令帮助）

      2是系统调用,操作系统的提供的服务接口（系统调用帮助）

      3是库函数, C语言中的函数（库函数调用帮助）

      4：man-k命令

         结合grep和管道，实现多关键字查找：man-k key1等

3：cheat 命令

      cheat命令是在GNU通用公共许可证下，为Linux命令行用户发行的交互式备忘单应用程序。简称：小抄的命令。

4：其他核心命令

     和查找相关的核心命令还有find,locate,grep,whereis,which。

其中：grep-nr  xxx/usr/include：想查找某个宏，我们已知宏保存在include

     文件夹中。

   这条语句可以用来查找关键字，全文搜索，并且可以直接查找文件内的内容。                     n：为显示行号     r：为递归查找

二：第二章

其中主要包含了一些代码，比如：十进制与十六进制的转换。十六进制的输出，

位的扩展和截断等。大多数机器对整数使用补码编码，而对浮点数使用IEEE浮点编码。在相同长度的无符号和有符号整数之间进行强制类型转换时，大多数C语言实现遵循的原则是底层的位模式不变。在补码机器上，对于一个W位的值，这种行为是由函数T2Uw和U2Tw来描述的。

 

c语言基本数据类型对应的IA32表示

char 字节 1字节 short 字 2字节 int 双字 4字节 long int 双字 4字节 long long int （不支持） 4字节 char * 双字 4字节 float 单精度 4字节 double 双精度 8字节 longdouble 扩展精度 10/12字节。

小端法大端法

—最低有效字节在最前面的方式，称为小端法（little endian）。大多数Intel 兼容机都采用这种规则。

后一种规则—最高有效字节在最前面的方式，称为大端法（big endian）。大多数IBM 和Sun Microsystems 的机器都采用这种规则。注意我们说的是"大多数"。这些规则并没有严格按照企业界限来划分。

小端是"高对高、低对低"，大端与之相反

 布尔代数

二进制值是计算机编码、存储、操作信息的核心（0、1）

逻辑运算——0或1

位运算————位向量

 

 

 

 

三：vim/gcc/gdb/make的使用

 1：vim

编辑多个文件有两种形式，一种是在进入vim前使用的参数就是多个文件。另一种就是进入vim后再编辑其他的文件。

           同时创建两个新文件并编辑   $ vim 1.txt 2.txt。
       1.txt文件的编辑界面

• 命令行模式下输入:n编辑2.txt文件，可以加!即:n!强制切换，之前一个文件的输入没有保存，仅仅切换到另一个文件
• 命令行模式下输入:N编辑1.txt文件，可以加!即:N!强制切换，之前文件内的输入没有保存，仅仅是切换到另一个文件
• 命令行模式下输入:e 3.txt 打开新文件3.txt
• 命令行模式下输入:e# 回到前一个文件
• 命令行模式下输入:ls可以列出以前编辑过的文档
• 命令行模式下输入:b 2.txt（或者编号）可以直接进入文件2.txt编辑
• 命令行模式下输入:bd 2.txt（或者编号）可以删除以前编辑过的列表中的文件项目
• 命令行模式下输入:e! 4.txt，新打开文件4.txt，放弃正在编辑的文件
• 命令行模式下输入:f 显示正在编辑的文件名
• 命令行模式下输入:f new.txt，改变正在编辑的文件名字为new.txt

     采用恢复方式，vim -r进入文档后，输入:ewcover 1.txt来恢复    $ vim -r 1.txt。

普通→插入： i/a

普通→命令行： “:”

插入/命令行→普通： Esc 或 Ctrl + [

常用操作：vim 文件名：进入vim，还可新建文件

命令行模式下 ：wq  表示保存并退出。

 

 

 

2：GCC

 gcc 编译程序的流程

源文件---预处理---编译---汇编----链接----可执行文件

  gcc流程：

1、gcc会调用预处理程序cpp，由它负责展开在源程序中定义的宏(上例：#include <stdio.h>)，向其中插入#include语句所包含的内容(展开stdio.h包含的代码)

在Xfce终端中输入：$ gcc -E hello.c -o hello.i

hello.i这是一个经过预处理器处理之后的C源文件

gcc的-E参数可以让gcc在预处理结束后停止编译过程。

2、将hello.i编译为目标代码，gcc默认将.i文件看成是预处理后的C语言源代码，因此它会直接跳过预处理，开始编译过程。

$ gcc -c hello.i -o hello.o

同样，用vim打开.o文件看，应该是一片乱码(它已经是二进制文件了)

Tips:

1. 请记住，gcc预处理源文件的时候(第一步)，不会进行语法错误的检查
2. 语法检查会在第二步进行，比如花括号不匹配、行末尾没有分号、关键字错误......

3、gcc连接器将目标文件链接为一个可执行文件，一个大致的编译流程结束   gcc hello.o -o hello。

 

3：GDB

 GDB最基本的命令有：

• gdb programm(启动GDB)b 设断点（要会设4种断点：行断点、函数断点、条件断点、临时断点）

四种断点：

1.行断点         b [行数或函数名] <条件表达式>

2.函数断点     b [函数名] <条件表达式>

3.条件断点     b [行数或函数名] <if表达式>

4.临时断点     tbreak [行数或函数名] <条件表达式>

 

• run 开始运行程序
• bt 打印函数调用堆栈
• p 查看变量值
• c 从当前断点继续运行到下一个断点
• n 单步运行
• s 单步运行
• quit 退出GDB

gdb主要调试的是C/C++的程序。要调试C/C++的程序，首先在编译时，必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器(cc/gcc/g++)的 -g 参数即可。

如：$ gcc -g hello.c -o hello

$ g++ -g hello.cpp -o hello

4：make

make执行的动作，通常是把指定的相关文件编译成目标文件的编译命令，每个命令占一行，并以tab开头（初学者务必注意：是tab，而不是空格） 执行以上Makefile后就会自动化编译：

$ make

gcc -c prog.c -o prog.o

gcc -c code.c -o code.o

gcc prog.o code.o -o test

最后就会多产生： porg.o code.o test这三个文件，执行./test查看结果

还记得Makefile中的clean吗？ make clean就会去执行rm -f *.o test这条命令，完成 clean 操作。

使用带宏的 Makefile

Makefile还可以定义和使用宏(也称做变量)，从而使其更加自动化，更加灵活，在Makefile中定义宏的格式为：

macroname = macrotext

使用宏的格式为：

$(macroname)

三：第三章

 1：算术和逻辑操作

  按目的操作数分类：

第一类：加载有效地址。实际是将有效地址写入目的操作数，目的操作数必须是寄存器。

第二类：一元操作。操作数既是源又是目的。可以是寄存器也可以是存储器。

第三类：二元操作。第二个操作数既是源又是目的。但两个操作数不能同时是存储器。

第四类：移位操作。位移量是一个立即数或放在单字节寄存器%cl中。移位操作的目的操作数可以是一个寄存器或是一个存储器位置。

SAL 算术左移SHL 逻辑左移SAR 算术右移（补符号位）SHR 逻辑右移（补0）

  源操作数：移位量——立即数或CL

  目的操作数：要移位的数值——寄存器或存储器。

2：机器级编程的两种抽象

     a：指令集结构ISA是机器级程序的格式和行为，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。

     b：机器级程序使用的存储器地址是虚拟地址，看上去是一个非常大的字节数组，实际上是将多个硬件存储器和操作系统软件组合起来。

3：X86（Intel处理器系列） 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。

4：操作数的三种类型

立即数：常数值

寄存器：某个寄存器的内容

存储器：根据计算出来的地址访问某个存储器位置

四：第四章

1：栈 ：栈帧结构

栈用来传递参数、存储返回信息、保存寄存器，以及本地存储。

定义：为单个过程分配的那部分栈称为栈帧（本质上栈帧还是栈）。

2.最顶端的栈帧以两个指针界定：

寄存器%ebp-帧指针；寄存器%esp-栈指针。

栈指针可移动，所以信息访问多相对于帧指针。

3: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，称为程序员可见状态。

8个程序寄存器：%eax,%ecx,%edx,%ebx,%esi,%edi,%esp,%ebp

寄存器%esp被入栈，出栈，调用和返回指令作为栈指针.

4:将处理组织成阶段

• 取指：从存储器读取指令字节，地址为程序计数器（PC）的值。指令指示符字节两个四位部分，称为icode（指令代码）和ifun（指令功能）。vaIP（下一条指令的地址）=PC+已取出指令的长度。

• 译码：从寄存器文件读入最多两个操作数，得到valA和/或valB。

• 执行：算数逻辑单元（ALU）根据ifun的值执行指令指明的操作，计算存储器引用的有效地址，或者增加或减少栈指针。得到的值称为valE。也可根据条件码执行跳转。

• 访存：将数据写入存储器，或者从存储器读出数据。读出的值为valM。

• 写回：最多可以写两个结果到寄存器文件。

• 更新PC：将PC设置成下一条指令的地址。


五：正则表达式

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


 

六：第六章

1：存储器层次结构中的缓存

高速缓存是一个小而快速的存储设备，作为存储在更大、也更慢的设备中的数据对象的缓冲区域。使用高速缓存的过程称为缓存。

存储器层次结构的中心思想是：每一层都缓存来自较低一层的数据对象。

第k+1层的存储器被划分为连续的数据对象片，称为块。

类似第k层也被划分为较少的块的集合，块的大小与k+1层是一样的，第k层的缓存包含第k+1层块的一个子集的拷贝。

数据总是以块为传送单元在两层之间来回拷贝。不同层次对之间可以有不同的块大小。

  a ：缓存命中及缓存不命中

          缓存命中：当程序需要第(k+1)层的数据对象d的时候，首先会在第k层找d；如果d刚好缓存在第k层，那么就叫做缓存命中；反之，不命中

     如果缓存不命中，那么第k层缓存就从第（k+1）层取出包含该数据的块，有可能会覆盖现有的块。覆=决定替换哪个块是由缓存的替换策略来控制的。

 b：缓存管理

  指某个东西要将缓存划分成块，在不同层之间传递块，判定是命中还是不命中，并处理他们。

  管理缓存的逻辑可以是硬件、软件或两者的结合。

2：访问主存

 

   数据流通过总线的共享电子电路在处理器和DRAM中来来回回。

 

   每次传送都是通过一系列步骤完成的，称为总线事务。

 

   读事务：从主存传送数据到CPU。写事务：从CPU传送数据到主存。

 

   总线：一行并行的导线，能携带地址、数据和控制信号。

   总线分类：

   a.系统总线——连接CPU和I/O桥

      控制总线：控制CPU与内存以及I/O设备之间的数据。

                   传送方式：读/写

      数据总线：传递数据，决定CPU所能存取的位数。

                   总线越宽，CPU处理的能力越强。

      地址总线：指出内存单元的地址，决定了最大可编程的内存空间。

                    N位地址，提供2的N次方个不同地址0~2的N次方-1。              

   b.存储器总线——连接I/O桥和主存

   c.I/O 桥

        I/O桥将系统总线的电子信号翻译成存储器总线的电子信号，也将系统总线和存储器总线连接到I/O总线。

3:局部性

时间局部性：被引用过一次的存储器位置很可能在不远的将来再被多次引用。

空间局部性：如果一个存储器位置被引用了一次，那么很可能在不远的将来引用附近的一个存储器位置。

 

对程序数据引用的局部性

取指令的局部性

量化评价一个程序中局部性的简单原则：

重复引用同一个变量的程序有良好的时间局部性。

对于具有步长为k的引用模式的程序，步长越小，空间局部性越好。

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。

七：学习总结

在大学里，还是第一次遇到 这么负责任的老师，愿意全心全意的把自己的心血花在学生的心思上。刚开始学习的时候，只觉得任务很多，觉得自己一直在赶，赶着学习。急着完成任务，只怕自己任务完成不了。现在，已经适应了老师的教课方法。刚开始接触的时候，觉得很困难，只能按部就班。现在已经逐渐的理解问题并且思考问题。觉得自己学的只是皮毛，还要更用功才行。并且觉得只有循序渐进，不慌才能更好的解决问题。自己的自学能力已经在不断的提高了，只是知识点的捕捉能力还有待提升。其次，对计算机数据的输出也有了深入的了解。还有处理器和存储器的结构等。觉得计算机并不是那么枯燥，还是挺有意思的，希望自己能慢慢的深入的继续学习。

八：不足

感觉忘记知识比较快，命令什么的记得不全而且不够准确，是由于练习太少的原因。没有及时的巩固和复习。看书的时候效率太低。有的时候，也太注意blong的格式，感觉自己写的太慢。希望在以后的学习中不断地改进自己的问题，有更好更大的进步。