tarzan
22
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陈盛华
你的心得体会
long mult2(long,long);
void multstore(long x,long y ,long *dest)
{
long t = mult2(x,y);
*dest = t;
}
- 输出汇编文件。执行以下命令输出汇编文件mstore.s
root@server:~# gcc -Og -S mstore.c
以下是mstore.s的内容
.file "mstore.c"
.text
.globl multstore
.type multstore, @function
multstore:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbx
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 3, -16
movq %rdx, %rbx
call mult2
movq %rax, (%rbx)
popq %rbx
.cfi_def_cfa_offset 8
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size multstore, .-multstore
.ident "GCC: (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4) 5.4.0 20160609"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
-
“.”开头的，如“.file、.text”等都是指导汇编器和链接器工作的伪指令。
去除伪指令后
multstore:
pushq %rbx
movq %rdx, %rbx
call mult2
movq %rax, (%rbx)
popq %rbx
ret
-
输出二进制文件mstore.o
root@server:~# gcc -Og -c mstore.c
-
查看二进制文件mstore.o
root@server:~# objdump -d mstore.o
mstore.o: file format elf64-x86-64
Disassembly of section .text:
0000000000000000 <multstore>:
0: 53 push %rbx
1: 48 89 d3 mov %rdx,%rbx
4: e8 00 00 00 00 callq 9 <multstore+0x9>
9: 48 89 03 mov %rax,(%rbx)
c: 5b pop %rbx
d: c3 retq
-
指令含义
指令的汇编格式：PUSH SRC ；POP DST
- 所在小组：第2组
- 组内昵称：跃山
- 心得体会：
程序的机器级标识
- 程序编码
- 数据格式
- 访问信息
- 算数和逻辑操作
- 控制
- 过程
- 数组分配和访问
- 异质的数据结构
- 在机器级程序中将控制和数据结合起来
- 浮点代码
深入理解计算机系统-程序的机器级表示
![]()
我们可以通过汇编代码来对系统进行优化，能够阅读和理解汇编代码是一项很重要的技能。
程序编码
- 机器级代码
- 利用计算机中多种不同形式的抽象模型实现程序细节，有两种模型
-
指令集。用来定义程序的格式和行为。
-
虚拟内存。机器级别程序使用的内存地址是虚拟地址。
- 使用指令集架构提供的指令，CPU顺序执行指令，指令会影响CPU、寄存器等的状态，也就是能够并行，也遵循顺序执行的模型。
- 使用虚拟内存地址
- PC寄存器
- 整数寄存器64位
- 条件码寄存器，存放最近的状态，实现if,while等条件。
- 向量寄存器，存储一组数据。
- 机器代码把内存看成一个很大、按字节寻址的数组，各种数据类型在机器代码中都是一组连续的字节表示，也不区分无符号、有符号整数，不区分指针和整数，不区分各种类型的指针。
- 关于格式的注解
数据格式
Intel规定一个字（word）等于16 位，两个字节。因此双字为32位，四字为64位。在64位机器中，指针就是四字。
-
movb表示移动半个字，1个字节
-
movw移动1个字，2个字节
-
movl（long word）移动2个字
-
movq移动4个字
访问信息
- 操作数指示符
-
立即数。$5就是一个直接数字，数字字面量。
-
绝对寻址。0x400001直接写死一个内存地址，没有$符号，表示拿出这个内存地址的值。
-
ra。直接写某个寄存器，代码这个寄存器中的值R[ra]（R 可以看成所有寄存器的数组，ra 是取值下标）**寄存器寻址；
-
(ra)。M[R[ra]]：在内存中取值寄存器中存储地址的值（M 代表内存）内存寻址；
- 数据传送指令(操作数指示符就相当于数据传送指令的参数，把一个地址的数复制到另一个地址。)
- mov S, D = Source -> Dest
- b、w、l、q 分别代表复制 8、16、32、64 个字节。
- 内存地址不能复制到内存地址，需要寄存器中转。
- movz 指令会对不够长度的源值在目的地址填充0。
- movs 系列指令会对不够长度的情况填充符号扩展。
- 压入和弹出栈数据
- push、pop 操作栈数据结构，会修改栈指针的值，其指向内存的某个区域。
- 根据惯例，栈向下生长，下面是栈底push 时栈指针值会减 8，也就是上面的地址大。
- 因为栈在内存中，也就是大数组的一部分，因此经常使用偏移栈指针的方式访问数据，例如：movq 8(%rsp), %rdx 将第二个四字从栈中复制到寄存器 %rdx。
算数和逻辑操作
- 加载有效地址
- 一元和二元操作
- 移位操作
- 特殊的算术操作
控制
- 条件码
- 常用条件码
-
CF进位标志。
-
ZF零标志。
-
SF符合标志。
-
OF溢出标志。
- 使用方式
- 组合条件码，将一个字节设置为0/1
- 跳转到程序的指定部分
- 有条件的传送数据
- 访问条件码
- 跳转指令
- 跳转指令的编码
- 用
条件控制来实现条件分支
- 用
条件传送来实现条件分支
- 条件传送不一定就能提高代码的效率，在处理带分支的代码时候，编译器并没有足够的信息来进行可靠的分支预测，GCC在只有当两个表达式都容易计算的时候才会使用条件传送；
- 循环语句
- switch语句
过程
- 运行时栈
- 转移控制
- 数据传送
- 栈上的局部转储
- 寄存器中的局部存储空间
- 递归过程
数组分配和访问
- 基本原则
- 指针运算
- 嵌套的数组
- 定长数组
- 变长数组
异质的数据结构
- 结构
- 联合
- 数据对齐
在机器级程序中将控制与数据结合起来
- 理解指针
- 使用GDB调试器
-
内存越界引用和缓冲区溢出
- 对抗缓冲区溢出攻击
- 栈随机化
- 栈破坏检测
- 限制可执行代码区域
- 支持变长栈帧
浮点代码
- 浮点传送和转换操作
- 过程中的浮点代码
- 浮点运算操作
- 定义和使用浮点常数
- 在浮点代码中使用位级操作
- 浮点比较操作
- 对浮点代码的观察结论
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undefined
心得体会
关于cpu，不断的在晶体管、多核、指令集上进行优化，说明这3个是各个cpu性能考虑指标
关于寄存器，很有趣的兼容设计，从ax,bx,cx,dx,si,di,bp,sp开始，不断的进行扩充，特殊的还是条件码寄存器
关于指令，主要还是分为2类，计算指令（加减乘除位移等），逻辑指令（条件判断、调整）
下一章学习关于堆栈相关知识
课外知识
关于GCC的优化
1.-O，-O1：
这两个命令的效果是一样的，目的都是在不影响编译速度的前提下，尽量采用一些优化算法降低代码大小和可执行代码的运行速度。
2. -O2
该优化选项会牺牲部分编译速度，除了执行-O1所执行的所有优化之外，还会采用几乎所有的目标配置支持的优化算法，用以提高目标代码的运行速度。
3. -O3
该选项除了执行-O2所有的优化选项之外，一般都是采取很多向量化算法，提高代码的并行执行程度，利用现代CPU中的流水线，Cache等。
这个选项会提高执行代码的大小，当然会降低目标代码的执行时间。
４. -Os
这个优化标识和-O3有异曲同工之妙，当然两者的目标不一样，-O3的目标是宁愿增加目标代码的大小，也要拼命的提高运行速度，但是这个选项是在-O2的基础之上，尽量的降低目标代码的大小，这对于存储容量很小的设备来说非常重要。
5. -Ofast:
该选项将不会严格遵循语言标准，除了启用所有的-O3优化选项之外，也会针对某些语言启用部分优化。
6.-Og:
该标识会精心挑选部分与-g选项不冲突的优化选项，当然就能提供合理的优化水平，同时产生较好的可调试信息和对语言标准的遵循程度。
关于条件码
条件码寄存器中保存着单个位的条件码，由CPU维护，如：
CF：进位标志
ZF：零标志
SF：符号标志
OF：溢出标志
有几类指令能够修改条件码：
- 算术指令：既改变操作数，也有肯能改变条件码。
- CMP指令：右操作数减左操作数，只可能改变条件码。
- TEST指令：两操作数相与，只可能改变条件码。
条件码寄存器不能直接读取，有三种方法：
- set指令：根据条件码，设置一个字节。
- jump指令：根据条件码进行跳转，即控制的条件转移。
- cmov条件传送指令：根据条件码决定是否进行mov操作（其性能要优于控制的条件转移P141）。
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第二组
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梁广超
心得体会
1、几个比较特别的寄存器
%rsp 是栈寄存器，存储程序栈的栈顶
%rbx % rbp %12~%15被调用者保护（其余除了%rsp 都可以被其他过程修改）
%rax 是返回值
2、一个过程的通用栈帧结构包括
被保存的寄存器、局部变量、参数构造区以及可能存在的返回地址
3、一个函数的参数太多，不会被全部放入寄存器，没有放入寄存器的参数会被存储在调用者的栈帧
4、栈帧先进后出的形式符合程序的过程调用，可以让过程调用开始时分配资源，过程调用结束时释放资源
5、条件码寄存器 记录执行的算术或逻辑指令的状态信息，用来实现控制程序数据流的走向
zsy619
31
所在小组
第六组
组内昵称
慎思明辨笃行
你的心得体会
3.1 到 3.7 总结
1、 x86 与 x64 的发展历程
2、摩尔定律（Moore 定律）
摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过 24 个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能每隔两年翻一倍。
被称为计算机第一定律的摩尔定律是指 IC 上可容纳的晶体管数目，约每隔 24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔(lnte)名誉董事长戈登·摩尔( Gordon moore)经过长期观察总结的经验。
归纳起来，“摩尔定律”主要有以下 3 种“版本”：
-
集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔 18 个月就翻一番；
-
微处理器的性能每隔 18 个月提高一倍，而价格下降一半；
-
用一美元所能买到的计算机性能，每隔 18 个月翻两番。
3、数据格式
数位扩展：16 位（字 word）->32 位（双字 double words）->64 位（四字 quad words）
4、数据传输指令
mov 类：movb、movw、movl 和 movq
5、条件码
CF:进位标志
ZF:零标志
SF:符号标志
OF:溢出标志
blue
33
所在小组：第一组
组内昵称：bluewhale
心得体会：
gcc main.c -o main
gcc命令调用了一整套程序，将源码转换成可执行代码
- 预处理 插入#include命令指定的文件
- 编译 生成汇编文件
- 汇编 将汇编生成二进制代码
- 链接 目标代码文件与实现库合并
操作数指示符
多数指令会有一个或多个操作数，其类型包括三种：
- 立即数 表示常数值，用$后面跟一个整数表示
- 寄存器 表示某个寄存器的内容
- 内存引用 会根据计算出来的地址访问某个内存位置
数据传送指令
将数据从一个位置复制到另一个位置的指令。
源操作数指定的值是一个立即数，存储在寄存器或者内存中。目的操作数指定一个位置，可以是寄存器或者内存地址。
规定传送指令的两个操作数不能都指向内存位置
当将较小的源值复制到较大的目的时使用零扩展数据传送指令。
- MOVZ 把目的中剩余的字节填充为0
- MOVS 通过符号扩展来进行填充，把源操作的最高位进行复制
压入和弹出栈数据
程序栈存放在内存中的某个位置，向下增长，栈顶元素的地址就是所有栈中元素最低的。其中寄存器%rsp指向栈顶元素的地址。
- pushq 实现将数据压入栈
- 首先将栈顶指针地址减8
- 将数据写入栈顶地址指向的位置
- popq 实现将数据弹出栈
算数和逻辑操作
每个指令类都对应有四种不同大小数据的指令。
运行时栈
x86-64过程需要的存储空间超出寄存器大小后，会在栈上分配空间，这个过程称为栈帧
以过程P调用Q，Q执行后返回P为例
P调用Q会将Q返回后下一条执行的P的代码作为P栈帧的一部分。Q则会扩展当前栈的边界，分配其栈帧所需要的空间。
寄存器中的局部存储空间
寄存器组是唯一被所有过程共享的资源。我们需要确保一个过程（调用者）调用另一个过程（被调用者）时，被调用者不会覆盖调用者稍后会使用的寄存器的值。
寄存器 %rbx %rbp 和 %r12 ~ %r15被划分为被调用者保存寄存器 当过程P调用过程Q时，Q必须保存这些寄存器的值，保证在Q返回到P时不变。
sadame
35
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第一组
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SADAME
心得体会
-
C 语言代码(da.c, wang.c)经过编译器的处理(gcc -0g -S)成为汇编代码(da.s, wang.s)
-
汇编代码(da.s, wang.s)经过汇编器的处理(gcc 或 as)成为对象程序(da.o, wang.o)
-
对象程序(da.o, wang.o)以及所需静态库(lib.a)经过链接器的处理(gcc 或 ld)最终成为计算机可执行的程序
-
程序计数器(PC, Program counter) - 存着下一条指令的地址，在 x86-64 中称为 RIP
-
寄存器(Register) - 用来存储数据以便操作
-
条件代码(Codition codes) - 通常保存最近的算术或逻辑操作的信息，用来做条件跳转
汇编中括号代表寻址，即取地址操作
前六个寄存器(%rax, %rbx, %rcx, %rdx, %rsi, %rdi)称为通用寄存器，有其『特定』的用途：
- %rax(%eax) 用于做累加
- %rcx(%ecx) 用于计数
- %rdx(%edx) 用于保存数据
- %rbx(%ebx) 用于做内存查找的基础地址
- %rsi(%esi) 用于保存源索引值
- %rdi(%edi) 用于保存目标索引值
而 %rsp(%esp) 和 %rbp(%ebp) 则是作为栈指针和基指针来使用的。
操作数的三种基本类型：立即数(Imm)、寄存器值(Reg)和内存值(Mem)。
所在小组 ：第六组
组内昵称 ：杨凯伟
心得体会 ：
数据格式和访问信息
术语 “字（word）” 表示 16 位数据类型。所以 32 位数为双字，64 位数为四字。
汇编语言中只用整型和浮点两种数据类型，整型分为1(char),2(short),4(int),8(long)等四种字节长度，浮点分为单精度(4(float))和双精度(8(double))两种类型.
汇编语言可以通过 3 种方式来读写数据：立即数，寄存器和内存。
- 立即数：相当于硬编码在程序中，如$1等
- 寄存器：可以通过寄存器的名字来访问，如%rax, %r12等
- 内存引用：会根据计算出来的地址（通常称为有效地址）访问某个内存位置
算术和逻辑操作
主要分为 加载有效地址、一元操作、二元操作、移位 四个部分。
加载有效地址
加载有效地址(load effective address)指令 leaq 实际上是 movq 指令的变形。另外它还可以简洁地描述普通的算术操作。
leaq src, dst: 本作为地址计算，但gcc常常用来优化代数计算，如leaq (%rdi,%rdi,2), %rax用来计算t = x+2*x
移位
sarq是算术右移(Arithmetic Shift)，shrq是逻辑右移(Logical Shift)
左移是算术左移（sal）和逻辑左移（shl）的效果是一样的，都是将右边填上0。而算术右移是填上符号位，逻辑右移是填上0；
控制
条件控制
C 语言中 if 语句是利用测试语句(compare)和跳转语句(jump)实现。测试语句不保存计算结果，只影响状态位。
条件转移
C 语言中 if-else 语句和 ?: 表达式还可以对应一种叫作条件转移的汇编实现。
这种实现提前计算好每个分支的值，然后根据测试值才决定采用哪一个值。
循环
- do while
这是汇编实现最简单的循环结构，只需要在循环体尾部增加测试语句。
- while
有两种翻译方式，一是（jump to middle），它首先执行一个无条件跳转跳到循环结尾处的测试，二是（guarded-do）基于 do…while 语句实现，但在进入循环时先进行一次测试，条件不成立就跳出循环。
- for
在 while 语句的基础上，开头先初始化表达式(init-expr)求值，循环体后对更新表达式(update-expr)求值。
switch
switch 语句通过一种叫作跳转表(Jump Table)的数据结构来实现这多种特性。跳转表实际上是一个数组，x 的取值作为下标，各个 case 代码的地址作为元素。
所在小组
第一组
组内昵称
成都-郝立鹏
心得体会
寄存器使用惯例
程序寄存器组是唯一能被所有函数共享的资源。
虽然在给定时刻只能有一个函数是活动的，但是我们必须保证当一个函数调用另一个函数时，被调用者不会覆盖某个调用者稍后会用到的值。为此，IA32采用了一组统一的寄存器使用规则，所有的函数都必须遵守，包括程序库中的函数。
根据惯例：寄存器%eax、%edx、%ecx被划分为调用者保存寄存器。当过程P调用Q时，Q可以覆盖这些寄存器，不会破坏任何P所需要的数据。
另一方面，寄存器%ebx、%esi、%edi被划分为被调用者寄存器。这意味着Q必须在覆盖这些寄存器的值之前，先把它们保存到栈中，并在返回前恢复它们。此外还必须保持寄存器%ebp和%esp。
转移控制
call Label 过程调用
call *Operand 过程调用
leave 为返回准备栈
ret 从过程调用中返回
call指令的效果是将返回地址入栈，并跳转到被调用过程的起始处。（返回地址是在程序正文中紧跟在call后面的那条指令的地址，这样当被调用过程返回时，执行流会从此处继续。）
ret指令从栈中弹出地址，并跳转到这个位置。（使用这条指令前，要使栈做好准备，栈顶指针要指向前面call指令存储返回地址的位置）
leave指令 使栈做好返回的准备。它等价于：
movl %ebp, %esp ; 把寄存器%ebp中的值复制到寄存器%esp中(回收本函数的栈空间)
popl %ebp
leave指令的使用在返回前，既重置了栈指针，也重置了基址指针。
RockLD
38
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文弱书生
你的心得体会
数据格式:
b、w、l、q
数据访问:
立即数:常数值，在$后面跟一个整数比如 $0x1F
寄存器:表示某个寄存器的内容。16个寄存器中的低位 1字节(8位)、2字节(16位)、4字节(32位)或8字节(64位) 中的一个 作为操作数
内存引用:会根基计算出来的地址访问某个内存位置。
不同的寻址模式
立即数、寄存器、绝对、简介、变址、比例变址、基址+偏移量
数据传送指令：
MOV、PUSH
算术逻辑指令
INC,DEC,ADD,SUB,IMUL,XOR,OR,AND,SAL
条件码常用的读取方法：
1.可以根据条件码的某种组合，将一个字节设置为0或者1 SET类指令
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
直接跳转和间接跳转
过程调用过程涉及 传递控制、 传递数据、 分配和释放内存过程
栈数据结构提供的 后进先出 的内存管理原则。
we8105
41
所在小组
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陶鑫
你的心得体会
1、计算机执行机器代码，用字节序列编码低级的操作，包括处理数据、管理内存、读写存储设备上的数据，已经利用网络通信。
2、以适当的命令行输出汇编代码，然后阅读代码对于深入研究底层很有作用。
3、moore定律：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过26个月便会增加一倍。
4、gcc -0g -o p p1.c p2.c 其中-og编译器生成符合原始C代码的优化等级。在命令行上面使用“-S”选项，就可以看到C语言编译器产生的汇编代码。
5、程序内存包括：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，以及用户分配的内存块。
6、数据结构：字节（b）、字（w）、双字（l）、四字（q）。
7、一个CPU包含一组16个存储64位值的通用目的寄存器。这些寄存器用来存储整数数据和指针。 %rax 返回值、%rbx被调用者保存、%rdi 第一个参数、%rsi 第二个参数、%rbp 被调用者保存 、%rsp 栈指针。
8、大多数指令有一个或多个操作数，指示出执行一个操作中要使用的源数据值，以及放置结果的目的位置。操作数分为三种类型：第一种类型是立即数，表示常数。第二种类型是寄存器，表示某个寄存器的内容。第三类操作数是内存引用，根据计算出来的地址访问某个内存位置。
9、数据传送指令，MOV类 movb、movw、movl、movq、movabsq。
10、压入和弹出栈数据指令，pushq、popq。
11、算数逻辑类指令，例如ADD类 addb、addw、addl、addq。又被分为四组。加载有效地址指令：leaq、一元操作、二元操作、移位操作。
12、机器代码提供两种基本的低级机制来实现有条件的行为：测试数据值，然后根据测试的结果来改变控制流或者数据流。
13、常用的条件码：CF，进位标志 t<a、ZF，零标志 t=0、SF，符号标志t<0、OF，溢出标志。
14、跳转指令 jmp 无条件跳转，是直接跳转。jmp *Operand 间接跳转。
15、C语言中的while、for 汇编中没有相应的指令存在，可以用条件测试和跳转组合起来实现循环的效果。
