20211316郭佳昊 《信息安全系统设计与实现（上）》学习笔记1

一、任务要求

• [ 1 ] 知识点归纳以及自己最有收获的内容，选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容 （4分）

我在学***X知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题

核心是要求GPT：请你以苏格拉底的方式对我进行提问

然后GPT就会给你提问，如果不知道问题的答案，可以反问AI：你的理解（回答）是什么？

如果你觉得差不多了，可以先问问GPT：针对我XXX知识点，我理解了吗？

GPT会给出它的判断，如果你也觉得自己想清楚了，可以最后问GPT：我的回答结束了，请对我的回答进行评价总结，让它帮你总结一下。

• [ 2 ] 问题与解决思路，遇到问题最先使用chatgpt等AI工具解决，并提供过程截图（3分）

• [ 3 ] 实践过程截图，代码链接（2分）

• [ 4 ] 其他（知识的结构化，知识的完整性等，提交markdown文档，使用openeuler系统等）（1分）

二、知识归纳

• 第一章

  1. 学习目标

• 编程背景知识。学会汇编器、编译器、链接器

• 动态数据结构的应用。理解链表、链队列、链栈、链树等动态数据结构在实践中的用处和使用方式

• 进程管理。学会创建进程、按优先级调度进程、通过上下文切换运行不同进程等进程操作。

• 并发编程。学习并行计算和并发编程，了解各种线程同步工具。

• 定时器和定时功能。学习Unix/Linux中硬件定时器的原理，定时器中断和时钟服务功能。

• 信号、信号处理和进程间通信。学会Unix/Linux环境下信号、信号处理及进程间通信。

• 文件系统。了解不同层次的文件操作，实现一个与Linux完全兼容的完整EXT2文件系统。

• TCP/IP和网络编程。学习TCP/IP协议、套接字API、UDP和TCP套接字编程以及网络计算中CS模型以及HTTP及web编程。

  2. Unix/Linux命令

• ls:Is dirname:列出CWD 或目录的内容

• cd dirname:更改目录

• pwd:打印CWD的绝对路径名

• touch filename:更改文件名时间戳(如果文件不存在，则创建文件)

• cat filename:显示文件内容

• cp src dest:复制文件

• mv src dest:移动或重命名文件

• mkdir dirname:创建目录

• rmdir dirname:移除(空)目录

• rm filename:移除或删除文件

• In oldfile newfile:在文件之间创建链接

• find:搜索文件

• grep:搜索文件中包含模式的行

• ssh:登录到远程主机

• gzipfilename:将文件压缩为gz文件

• gunzip file.gz:解压gz文件

• tar -zcvf filetgz.:从当前目录创建压缩tar 文件

• tar-zxvffiletgz,:从tgz 文件中解压文件

• man:显示在线手册页

• zip file.zip filenames:将文件压缩为.zip 文件

• unzip file.zip:解压.zip 文件

• 第二章

1. Linux中的文本编辑器（vim）

• 操作模式：命令模式（输入命令），插入模式（输入和编辑文本），末行模式（保存文件并退出）

• 常用命令：h:l:（左右）j:k:（上下）移动光标；i:，a:切换插入模式，esc退出；“；”进入末行模式，w:写入，q:退出，wq:保存退出，q!:强制退出

2. 程序开发

• 步骤：创建源文件，用gcc把源文件转换为二进制可执行文件

• 静态与动态链接：在静态链接中，编译器将程序的所有依赖库（如函数库或其他对象文件）的代码和数据合并到最终的可执行文件中，因此可执行文件包含了所有需要的代码和数据，可以独立运行，不需要外部的库文件支持。但缺点是可执行文件体积较大，且更新库时需要重新编译整个程序。在动态链接中，程序的依赖库仅在运行时加载，而不是在编译时合并到可执行文件中，因此可执行文件较小，而且更新库而无需重新编译程序。缺点是依赖于系统上已安装的共享库，如果共享库版本不兼容，可能会导致运行时出现问题。

• 可执行文件格式：分为二进制可执行平面文件、a.out文件、ELF可执行文件。a.out文件分为文件头、代码段、数据段、符号表四个部分。文件头包含a.out文件的加载信息和大小，分为tsize、dsize、bsize、total_size四个部分，代码段包含程序的可执行代码，从c语言启动代码crt0.o开始。

• 程序执行过程：
  1、读取a.out文件头，确定所需总内存大小，包括堆栈空间大小；
  2、sh从总大小中分配一个内存区给执行映像；
  3、sh放弃旧映像，开始执行新映像；
  4、从crt0.o开始，调用main（）函数，将argc和argv作为参数传递给main（）函数。

• 程序终止：
  1、正常终止：如果程序执行成功，main()最终会返回到crt0.o，调用库函数exit(0)来终止进程。exit(value)函数会执行一些清理请求，如刷新stdout、关闭I/O流等，然后发出一个_exit(value)系统调用，使进入操作系统内核的进程终止。
  2、异常终止：在执行a.out时，进程可能会遇到如无效地址、非法指令、越权等错误，这些错误会被CPU识别为异常。当某进程遇到异常时，它会陷人操作系统内核。内核的陷入处理程序将陷入错误类型转换为一个幻数，称为信号，将信号传递给进程，使进程终止

3. gcc

• 功能：将C源文件先转换为汇编代码文件（.c转换为.s），再将汇编代码转换为目标代码(.s转换为.o)，链接（将所有.o文件组合为a.out文件，该文件为二进制可执行文件）

• 编译选项：命令格式: gcc[选项][文件名]
  -E:仅执行编译预处理
  -S:将C代码转换为汇编代码
  -c:仅执行编译操作，不进行连接操作
  -o:指定生成的输出文件
  -I (大写i):指定头文件目录
  -l:指定程序要链接的库
  -L:指定库文件所在的目录名

4. gdb

• 功能：启动程序，设置运行环境和参数来运行指定程序；让程序在指定断点处停止执行；调试程序

• 常用命令：gdb[选项][参数]
  启动程序：gdb 可执行文件，启动GDB并加载要调试的可执行文件。
  运行程序：run，启动程序的执行。
  设置断点：break 行号 或 b 函数名，在指定的行号或函数上设置断点。
  继续执行：continue 或 c，继续程序的执行，直到下一个断点或程序结束。
  单步执行：step 或 s，逐行单步执行程序，如果遇到函数调用，则进入函数内部。
  跳过函数调用：next 或 n，单步执行程序，但跳过函数内部的代码。
  查看变量值：print 变量名 或 p 变量名，查看指定变量的值。
  观察表达式：display 表达式，持续查看指定表达式的值，直到取消显示。
  查看源代码：list 或 l，查看当前代码上下文的源代码。
  设置 watchpoint：watch 变量名，在变量的值发生改变时触发断点。
  显示：info ，显示各类信息
  分离进程：detach，从已附加的进程中分离GDB。
  退出GDB：quit 或 q，退出GDB调试器。
  查看所有命令：help
  查看某一种类的命令：help

5. makefile

• 功能：用于告诉构建系统如何编译和链接源代码

• 常用命令：
  make：使用 make 命令来构建目标。自动查找名为 Makefile 或 makefile 的文件，并执行其中定义的规则。
  make target：构建指定的目标。
  make clean：清理项目，通常用于删除生成的中间文件、可执行文件和其他临时文件。
  make -n ：显示执行 make 命令时要运行的命令，但不实际执行它们。
  make -f filename：使用指定的 Makefile 文件来构建项目。
  make -C directory：切换到指定的目录，然后运行 make 命令，用于在不同的子目录中构建项目。

三、利用chatgpt进行苏格拉底挑战

苏格拉底挑战：

chatgpt判断与总结

四、问题与解决思路

在对1.c进行编译时发现出错，询问chatgpt后了解到是编译预处理时，输入前和输入后文件名一样发生冲突，并了解到冲突的后果

五、实践过程

• helloworld为例测试gcc编译过程

创建名为hello的c语言文件

gcc -E hello.c -o hello.i 将hello.c预处理为hello.i文件后查看

gcc -S hello.i -o hello.s 将hello.i汇编为hello.s文件后查看

gcc -c hello.s -o hello.o将hello.s编译输出为hello.o文件后查看

用objdump -d命令反汇编查看文件并链接

记忆口诀（ESc，iso）

• 上课示例