5.任务切换 使用call
2023-12-20 08:25:54
当前代码使用call TSS选择子来切换任务, 用户使用iret来切回任务
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无论是call/jmp/iret在切换前都会保存当前任务的所有状态(上下文)
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也就是把当前所有寄存器的值保存到TR寄存器指向的TSS结构
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以及隐含执行指令(ltr,lldt)
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使用call TSS选择子来切换任务:
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- 保存当前上下文到TR指向的TSS结构中
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- 保留当前TSS描述符B位(B=1), 修改新任务TSS描述符B=1
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- 把当前TSS描述符选择子填充到 新任务TSS结构的PreviousLink位,用于iret任务返回
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- 修改新任务TSS结构中eflags中的NT=1
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- 加载新任务TSS描述符到TR中 (同时加载新TSS中的LDT), 也就是 call tss选择子 隐含了 ltr , lldt (call/jmp/iret 都如此)
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- 新任务上下文从新TSS结构中恢复, 从新cs:eip开始执行
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用户程序使用iret返回:
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- iret 根据eflags中的NT位来判断是 “中断返回”, 还是 “嵌套任务” 返回. 如果NT=1是嵌套任务返回, 如果NT=0则是中断返回
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- 检查用户TSS结构中Eflags.NT位 是否等于1, 如果是1则可以通过iret指令返回到上一个任务
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- 把当前用户任务eflags.NT=0, TSS描述符.B=0
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- 把当前任务上下文保存到TR指向的TSS结构中
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- 根据当前TSS结构中的PreviousLink位,获取上一个TSS描述符选择子,并加载(ltr,lldt)与执行
核心代码
;一个TSS内存块至少104字节
;要使用TSS必须为其创建描述符,并只能存放进GDT
;TSS描述符是系统段描述符(S=0),TYPE=1001(1011表示繁忙),P=1 : 高32位中的描述符属性:0x00008900
;DPL决定其访问特权, 如果DPL=0,则只能由特权0调度任务,DPL=3,则用户特权也可以调度任务
;调度(执行)任务有3个指令 :
;0. 寄存器Eflags中的NT (nested task): 被嵌套的任务
;0. TSS描述符的B位 用于检测防止重入(递归调用), 如果一个任务描述符的B=1,则无法调度此任务
;1. call => 将修改新任务TSS描述符的B位=1,新任务TSS结构的eflags中的NT=1,把旧任务的TSS选择子赋值到新TSS结构中的previouslink位
;2. jmp => 将旧任务(当前任务)描述符的B位=0, 新任务TSS描述符的B=1
;3. iret => 只有当eflags.NT=1 才有效, iret将根据previouslink返回到上一个任务中
;无论是call / jmp / iret 在切换任务前都会把当前的上下文保存到TR指向的TSS结构中
;注:ltr 指令 只会加载tss选择子,并修改tss描述符的B=1, 并不会运行任务
;下面代码中直接使用: call TSS选择子 来调度任务
;call 新任务TSS选择子 , 会把新任务tss描述符的B=1,eflags.NT=1
;然后把当前旧任务的TSS选择子赋值到新TSS结构的previouslink位
;因此在用户程序中, 可以使用 iret 来返回到内核任务中
; 想要通过call,jmp来执行任务,那么需满足新任务TSS描述符B=0,否则就是重入
; 通过iret来切回上一个任务,需满足当前任务描述符的B=1
; 任务在切换前,首先会把当前上下文全部保存到TR指向的TSS结构,然后再加载新任务
;调用门用于特权级转移, 例如从用户特权,通过调用门,调用(或转移)内核提供的过程
;调用门就是一个描述符, 是一个系统段描述符,可以存放在GDT或LDT
;调用门描述符的基础属性S=0,P=1,TYPE=1100 : 100_0_1100_000_00000B
;调用门的DPL决定了谁能访问他,如DPL=3,则用户则可以通过调用门调用系统过程
;通过描述符结构可知,调用门描述了一个过程, 如希望其他特权级调用此系统过程(例如:print),就为其建立调用门描述符
;具体例子可看下面,为 几个系统过程(公开的过程)建立调用门描述符
;这些公开的过程(可以被低特权级调用), 这些过程最好需要使用 arpl 来修改 RPL, 以防止特权问题
;但如果你能确保特权问题, 那么 arpl 无论是否使用都无所谓
;调用门的使用: call 调用门选择子
;LDT: 局部描述符表
;为每一个任务都可以建立一个单独的LDT,用于存放此任务本身的描述符(代码段,数据段..)
;LDT与GDT类似, 也需要 界限(2字节),基址(4字节), 也就是最多可存放8192个描述符
;也有对应的指令:lldt LDT段选择子(此处不是内存地址了)
;不同的是,GDT全局唯一,LDT可以有多个,因此,GDT本身是一个线性地址的结构,而若想使用LDT则需要为其建立描述符
;LDT描述符只能存放在GDT中
;LDT描述符是一个S=0 的系统段描述符
;LDT的基本属性:D=0, P=1,S=0,TYPE=0010 : 0x00008200
;下面代码中 关于栈
;每个栈的基础属性是:0x00c09600, G=1,B=1,P=1,S=1,TYPE=0110
;栈的特权与代码段的特权息息相关 (代码段的call ,call far 都需要push eip ;push cs,push eip)
;栈的特权级检查 : CPL=RPL=DPL , 需要保持一致
;因此下面代码中创建栈,栈段描述符DPL根据 (参数DPL) 来决定,RPL也根据(参数DPL)来决定
;为每一个任务单独创建一个TCB,用于方便跟踪管理用户各种信息
;TCB包含了任务的所有所需的信息:
;TCB结构: (总计0x58字节)
;0x00: 下一个TCB地址
;0x04:状态
;0x08:用户程序基址
;0x0c:LDT 界限
;0x10:LDT基址
;0x14:LDT 选择子
;0x18:TSS界限
;0x1c:TSS基址
;0x20:TSS 选择子
;0x24:用户头部段选择子
;0x28:特权0 栈基址
;0x2c:特权0 栈长度,字节为单位
;0x30:特权0 esp
;0x34:特权0 栈段选择子
;0x38:特权1 栈基址
;0x3c:特权1 栈长度
;0x40:特权1 esp
;0x44:特权1 栈段选择子
;0x48:特权2 栈基址
;0x4c:特权2 栈长度
;0x50:特权2 esp
;0x54:特权2 栈段选择子
;--------------------
;常量定义
;重定位表中的每一项段信息占用12字节
REALLOC_TABLE_EACH_ITEM_BYTES EQU 12
;符号信息表每项占用16字节
SYMBOL_TABLE_EACH_ITEM_BYTES equ 16
;地址表每项占用16字节
SYMBOL_TABLE_ADDR_EACH_ITEM_BYTES EQU 16
;用户符号信息表每项占用12字节
USER_SYMBOL_TABLE_EACH_ITEM_BYTES EQU 12
;用户程序扇区号
USER_APP_SECTOR EQU 100
;分配内存的起始地址
ALLOC_MEM_BASE_ADDR EQU 0x100000
;在MBR中创建的所有描述符DPL=0, 对应的选择子RPL=0
;MBR中定义
SEL_4G_DATA equ 0x18 ;数据段
SEL_STACK EQU 0x20 ;栈
SEL_0XB8000 EQU 0x10 ;显存
SEL_MBR EQU 0X08 ;MBR段
;内核代码段和数据段所有描述符的DPL=0,选择子RPL=0
;当前程序的,由MBR创建
SEL_HEADER EQU 0x28 ; 头部段选择子
SEL_CODE EQU 0x30 ;代码段
SEL_DATA EQU 0X38 ;数据段
SEL_FUNC EQU 0X40 ;函数段
;--------------------
[bits 32]
section header vstart=0 align=16
;程序长度
app_len dd tail_end ;0x00
;入口点偏移,段地址
;当此程序被加载后,物理段地址被替换成段选择子
entry dd start ;0x04
dd section.code.start ;0x08
;重定位表有几项
realloc_table_len dd (table_end - table_start)/REALLOC_TABLE_EACH_ITEM_BYTES ;0x0c
;重定位表
;重定位表中存放了每个段的 : 段基址,段界限(段长度-1),段属性
;被加载程序处理后,所有的段基址都将被替换成段选择子
table_start:
;头部段
seg_header_len dd header_end-1 ;段界限, 0x10
seg_header_addr dd section.header.start ;段基址, 0x14
seg_header_attr dd 0x00409200 ;段属性, 0x18
;代码段
seg_code_len dd code_end-1 ;段界限,0x1c
seg_code_addr dd section.code.start ;段基址,0x20
seg_code_attr dd 0x00409800 ;段属性,0x24
;数据段
seg_data_len dd data_end-1 ; 段界限,0x28
seg_data_addr dd section.data.start ;段基址,0x2c
seg_data_attr dd 0x00409200 ;段属性,0x30
;函数段
seg_function_len dd function_end-1 ;段界限,0x34
seg_function_addr dd section.function.start ;段基址,0x38
seg_function_attr dd 0x00409800 ;属性,0x3c
table_end:
;----------------
;以下段选择子由mbr传递过来
;4G数据段
seg_4g_data dd 0 ;0x40
;栈段
seg_stack dd 0 ;0x44
;显存段
seg_0xb8000 dd 0 ;0x48
;MBR段
seg_mbr dd 0 ;0x4c
header_end:
section code vstart=0 align=16
start:
;创建调用门
push dword 3 ;调用门DPL
call SEL_FUNC:create_call_gate
;为内核创建TSS
;这是一个空的TSS结构
;为了在切换到用户任务的时候,保存内核的所有寄存器到TSS结构中
call SEL_FUNC:create_kernel_tss
;把 kernel_tss 加载任务寄存器TR
;当前TR寄存器指向 kernel_tss描述符
;这个空的TSS结构只用于为当前正在运行的内核代码创建一个任务.
;以用来切换任务的时候能把当前状态保存到TSS结构
;ltr 只是加载并把描述符的B=1,并没有执行, 为了下面切换做准备
mov eax,SEL_DATA
mov ds,eax
ltr [ds:kernel_tss_sel]
push USER_APP_SECTOR ;用户扇区号
call SEL_FUNC:load_app ;加载用户程序
; call far TSS选择子
mov eax,SEL_4G_DATA
mov es,eax
mov eax,[ds:tcb_header] ; 用户的TCB
;由于这是一个TSS选择子,意味着任务切换
;切换前 : 先把当前所有的寄存器保存到TR指向的TSS结构中
;CPU将根据TSS选择子访问GDT.从中获取TSS描述符加载到TR寄存器
;然后把新任务TSS结构中的寄存器恢复(这一步是在load_app最后赋值)
;同时lldt ldt段选择子
;新任务TSS结构中的eflags中的NT位=1,previousLink=内核选择子.
;新任务TSS描述符B=1
;从新任务TSS结构中的cs:eip开始执行
;call / jmp TSS选择子 , 隐含的指令: ltr , lldt
call far [es:eax + 0x1c] ;0x1c是TSS基址, 0x20是TSS选择子, call 将忽略偏移地址
;--------------从用户任务切换回来----------------
;在用户任务保存自己的上下文在TSS后
;加载并切换到内核任务, TR=当前内核TSS选择子
;当前所有寄存器(上下文) 都将从内核TSS结构恢复
;此时cs=当前代码段,eip=hlt指令
hlt
code_end:
section function vstart=0 align=16
;加载程序
;参数: 用户程序扇区号
;栈中位置 : 12
load_app:
push ebp
mov ebp, esp
push es
push ds
pushad
mov eax,SEL_4G_DATA ;4G空间
mov es,eax
;创建一个TCB结构用于跟踪管理用户程序
;一个TCB结构需要0x58字节
push dword 0x58
call SEL_FUNC:create_tcb ;返回eax,TCB地址
mov edi, eax ;TCB地址保存一份
push eax
call SEL_FUNC:append_tcb_to_linklist ;加入TCB链表
;为每一个任务创建一个LDT用于单独存放描述符
;每一个任务最多存放20个描述符
push dword 0xA0 ;字节数
call SEL_FUNC:create_ldt
mov [es:edi + 0x10], eax ; TCB保存LDT基址
mov dword [es:edi + 0x0c], 0xffff ; 初始化LDT界限值, 当前共0字节,因此(0-1)=>最大界限
;开始读取用户程序
push dword [ebp + 12] ;用户起始扇区号
call SEL_FUNC:read_user_app ;读取整个用户程序, 返回eax,用户起始地址
mov [es:edi + 0x08], eax ;保存基址
;为用户程序建立段描述符, 描述符存放在自身的LDT中
push es ;访问TCB段选择子
push edi ;TCB地址
push dword 3 ;为描述符建立哪种DPL
call SEL_FUNC:create_app_descriptor
;为用户建立栈
push es ;段选择子
push edi ;TCB地址
call SEL_FUNC:create_stack_for_user
;为用户建立TSS,用于任务切换
;TSS 描述符只能存放在GDT中
push es ;段选择子
push edi ;TCB地址
push dword 0 ;TSS描述符DPL, 只能由特权0去调度
call SEL_FUNC:create_min_tss
;为用户建立额外的特权栈,用于特权转移(也就是通过调用门调用系统提供的过程)
;特权栈存放在TSS结构中
;此过程的参数 有些冗余了, 实际只需要传递 TCB地址, TCB段选择子即可,TCB中包含了TSS基址
;特权栈的描述符存放在LDT中
push es ;TCB段选择子
push edi ;TCB地址
push es ;访问TSS地址的段选择子
push dword [es:edi + 0x1c] ;TSS基址
push dword 3 ;为用户程序创建特权栈
call SEL_FUNC:create_privilege_stack
;到此, LDT的所有描述符(用户程序的段描述符,栈描述符, 特权栈描述符)全部建立完成,界限确定
;为LDT建立描述符, 存放在GDT中
mov eax,edi ;TCB地址
add eax,0x0c ;LDT界限的地址
push es ;访问LDT的段选择子
push eax ;LDT界限的地址
call SEL_FUNC:create_LDT_descriptor ; 返回 edx,eax 描述符
push edx
push eax
call SEL_FUNC:add_to_gdt ;把LDT描述符加入GDT, 返回 ax 段选择子
;保存LDT段选择子到TCB中
mov [es:edi + 0x14] , ax
;填充TSS的LDT字段
mov ebx,[es:edi + 0x1c] ;tss基址
mov [es:ebx + 96], ax
;为TSS寄存器的初始化
push es ;TCB段选择子
push edi ;TCB地址
call SEL_FUNC:init_TSS_regs
;加载局部描述符表 以使用头部段选择子
lldt [es:edi + 0x14]
;为用户处理符号表
push dword [es:edi+0x24] ;用户头部段选择子
call SEL_FUNC:realloc_user_app_symbol_table
popad
pop ds
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 4
;初始化TSS各寄存器的值
;参数: TCB地址, TCB段选择子
;栈中位置: 12 16
init_TSS_regs:
push ebp
mov ebp,esp
push es
push ebx
push eax
push esi
push edi
mov ebx,[ebp + 16] ;段选择子
mov es,ebx
mov ebx,[ebp + 12] ;TCB地址
mov esi,[es:ebx + 0x08 ] ;用户起始地址
mov edi,[es:ebx + 0x1c] ;TSS基址
;用户头部重定位表中的各个段选择子 来初始化 TSS 结构中的各寄存器
;TSS eip
mov eax,[es:esi + 0x04] ;入口点偏移
mov [es:edi + 32] , eax
;TSS cs寄存器
mov ax,[es:esi + 0x08] ;入口点段选择子
mov [es:edi + 76],ax
;TSS ds寄存器
mov ax,[es:esi + 0x14] ;用户头部段
mov [es:edi + 84],ax
;TSS ss寄存器
mov ax,[es:esi + 0x38] ;栈段
mov [es:edi + 80],ax
mov word [es:edi + 92],0 ;GS
mov word [es:edi + 88],0 ;FS
mov word [es:edi + 72],0 ;ES
mov dword [es:edi + 56],0 ;esp
;使用当前的 eflags
pushfd
pop eax
mov [es:edi + 36],eax
pop edi
pop esi
pop eax
pop ebx
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 8
;打印
;参数: 偏移, 数据段选择子, 字符串长度
;栈中位置: 12 16 20
print:
push ebp
mov ebp,esp
pushad
push es
push ds
mov ebx, [ebp + 16] ;段选择子
mov eax, [ebp + 8] ; 调用者代码段选择子
arpl bx,ax ;确认RPL
mov es,ebx
mov ebx , [ebp + 12] ;偏移
mov ecx, [ebp + 20] ;长度
mov eax,SEL_DATA
mov ds,eax ;自己数据段获取print_pos
xor edi,edi
mov di,[ds:print_pos]
mov eax,SEL_0XB8000 ;显存段
mov ds,eax
xor eax,eax
mov ah,0x07 ;字符属性
.begin_print:
mov al,[es:ebx]
mov [ds:edi],ax
inc ebx
add di,2
loop .begin_print
;更新位置
mov eax,SEL_DATA
mov ds,eax
mov [ds:print_pos],di
pop ds
pop es
popad
mov esp,ebp
pop ebp
retf 12
;读取扇区
;参数: 读取到哪个偏移位置, 读取到哪个段选择子, 扇区号
;栈中位置: 12 16 20
;返回 ebx 下一个可写入的地址
;端口: 0x1f2 用来设置扇区数量
;0x1f3 - 0x1f6 用来设置扇区号, 其中0x1f6只有低4位是最后的扇区号
;0x1f7 用来控制读/写, 反馈状态
;0x1f0 用来读取数据
;28位扇区号,LBA模式
read_sector:
push ebp
mov ebp,esp
push eax
push ecx
push edx
push es
mov eax,[ebp + 16] ;目标段选择子
mov ebx,[ ebp + 8] ;调用者CS
arpl ax,bx ;调整RPL
mov es,eax
mov ebx, [ebp + 12] ;偏移
mov eax,[ebp + 20] ;扇区号
;设置扇区数量
push eax
mov dx,0x1f2
mov al,1
out dx,al
;填充28位扇区号
pop eax
inc dx ;0x1f3
out dx,al
shr eax,8
inc dx ;0x1f4
out dx,al
shr eax,8
inc dx ;0x1f5
out dx,al
shr eax,8 ;剩余最后4位有效位
inc dx ;0x1f6
and eax,0x0F ;保留低4位
or al,0xE0 ;1110_000B , LBA模式,从主盘读
out dx,al
;设置读取状态
inc dx ;0x1f7
mov al,0x20 ;读取
out dx,al
;等待硬盘响应
.read_disk_status:
in al,dx
and al,1000_1000b ;检查是否可读
cmp al,0000_1000b ;如果第三位为1,则可读
jnz .read_disk_status ;否则继续检查
;从0x1f0中开始读取
mov dx,0x1f0
mov ecx,256 ;读取256次,每次读取2个字节
.begin_read:
in ax,dx
mov [es:ebx],ax
add ebx,2
loop .begin_read
pop es
pop edx
pop ecx
pop eax
mov esp,ebp
pop ebp
retf 12
;分配内存
;参数: 字节数
;返回: eax (内存地址)
alloc_mem:
push ebp
mov ebp, esp
push es
push ebx
push ecx
mov eax,SEL_DATA ;自己数据段
mov es,eax
mov eax,[es:alloc_mem_addr] ;待返回的可用地址
;为下一个内存地址计算 : 以4对齐的地址
mov ebx,eax
add ebx,[ebp + 12] ;需要分配的字节数
mov ecx,ebx ;让其强制以4字节对齐
and ecx,0xfffffffc
add ecx,4 ;现在ECX是以4字节对齐的下一个可用内存地址了
test ebx,3 ;测试ebx能否被4整除
cmovnz ebx,ecx ;若无法被4整除, 则相当于 : mov ebx, ecx
;填充下一个可用地址
mov [es:alloc_mem_addr],ebx
pop ecx
pop ebx
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 4
;建立描述符
;参数: 段属性, 段界限, 段基址
;栈中位置: 12 16 20
;返回: edx,eax (高32位,低32位)
make_ds:
push ebp
mov ebp,esp
push ecx
;处理低32位
mov eax,[ebp + 20] ;基址
mov edx,eax
mov ecx,[ebp + 16] ;界限
shl eax,16
and eax,0xffff0000
or ax,cx ;低32位合成完
;处理高32位
and edx,0xffff0000
rol edx,8 ;循环左移,高8位移动到低8位
bswap edx ;高低地址交换,原低8位移动到高8位, 基址完成
and ecx,0x000F0000 ;界限仅高4位有效
or edx,ecx ;组合界限
or edx,[ebp + 12] ;组合属性
pop ecx
mov esp,ebp
pop ebp
retf 12
;增加描述符到GDT中
;参数: 描述符低32位, 描述符高32位
;栈中位置: 12 16
;返回: ax, 段选择子
add_to_gdt:
push ebp
mov ebp,esp
push es
push ebx
push ds
push ecx
mov eax,SEL_DATA ;自己数据段
mov es,eax
sgdt [es:GDT_SIZE] ;存放当前GDT的界限和基址
;以GDT_BASE基址 , 根据界限+1, 可得下一个可存放位置
xor ebx,ebx
mov bx,[es:GDT_SIZE] ;界限
mov ecx,ebx ;当前界限复制一份
inc bx
mov eax,[es:GDT_BASE] ;GDT基址
add ebx,eax
;存放在GDT中
mov eax,SEL_4G_DATA
mov ds,eax ;指向4G
mov eax,[ebp + 12] ;低32位
mov [ds:ebx],eax
mov eax,[ebp + 16] ;高32位
mov [ds:ebx + 4],eax
;增加界限
add cx,8
mov word [es:GDT_SIZE] , cx
;重新加载到GDTR中, 使之生效
lgdt [es:GDT_SIZE]
;计算段选择子, 使用 界限 / 8 可得到索引
shr ecx,3
;RPL 默认 : 0
shl ecx,3
xchg eax,ecx
pop ecx
pop ds
pop ebx
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 8
;增加描述符到LDT中
;参数:描述符低32位, 描述符高32位, TCB地址, 访问TCB的段选择子
;栈中位置: 12 16 20 24
;返回: ax 段选择子(RPL 默认0 , TI=1 )
add_to_ldt:
push ebp
mov ebp,esp
push es
push ebx
push edi
push esi
push ecx
push edx
mov eax,[ebp + 24] ;段选择子
mov es,eax
mov ebx,[ebp + 20] ;TCB地址
mov edi, [es:ebx + 0x10] ;LDT基址
xor ecx,ecx
mov cx,word [es:ebx + 0x0c] ;LDT界限,仅低2字节有效
mov edx,ecx
inc cx ;可存放描述符的首字节
add edi,ecx ;可存放描述符的地址
;存放描述符
mov eax,[ebp + 12] ;低32位
mov [es:edi],eax
mov eax,[ebp + 16] ;高32位
mov [es:edi + 4], eax
;增加ldt界限
add dx,8
mov [es:ebx + 0x0c],dx
;计算段选择子, 界限/8
shr edx,3
;RPL默认=0, TI=1
shl edx,3
or edx,100B
xchg edx,eax
pop edx
pop ecx
pop esi
pop edi
pop ebx
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 16
;为特权3创建栈
;参数: TCB地址, TCB段选择子
;栈中位置: 12 16
create_stack_for_user:
push ebp
mov ebp,esp
push es
push ebx
push edi
push eax
push edx
mov ebx,[ebp + 16] ;段选择子
mov es,ebx
mov ebx,[ebp + 12] ;TCB地址
mov edi,[es:ebx + 0x08] ;用户起始地址
mov eax,[es:edi + 0x34] ;用户定义的栈大小
push eax ;栈大小
push dword 3 ;为特权3创建的
call SEL_FUNC:create_stack ;创建栈,返回 edx,eax 描述符
;把栈段描述符加入LDT中
push es ;TCB段选择子
push ebx ;TCB地址
push edx ;描述符高32位
push eax ;低32位
call SEL_FUNC:add_to_ldt ;返回ax, 段选择子(TI=1,RPL=0)
;修改RPL=3
or eax,11B
mov [es:edi + 0x38],eax ;写入用户程序头部的栈段选择子处
pop edx
pop eax
pop edi
pop ebx
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 8
;创建栈,以4K为单位的栈
;参数: 栈的DPL, 栈多大(以4K为单位)
;栈中位置: 12 16
;返回: edx,eax 栈段描述符
create_stack:
push ebp
mov ebp,esp
push ebx
push ecx
push esi
mov ebx,[ ebp + 12] ;DPL
and ebx,0x03 ;保证仅最后2位有效
;测试DPL是否有效, > 3 或 < 0 无效
cmp ebx,0x03
jg .create_stack_done
cmp ebx,0
jl .create_stack_done
mov ecx,[ebp + 16] ;栈多大
mov edx,1
;检查栈如果 <= 0 或 > 10 则只给默认4K的空间
cmp ecx, 0
cmovle ecx,edx
cmp ecx,10
cmovg ecx,edx
;为栈 申请内存 , 以及创建描述符
mov edx,0xfffff ;栈界限最大值
sub edx,ecx ;栈界限,最小偏移
;申请内存
shl ecx,12 ; *4096, 得到实际字节数 ;此值以4K为单位
push ecx
call SEL_FUNC:alloc_mem ;返回eax
add eax,ecx ;栈基址, 栈空间在栈基址下面,因此需要加上字节数
mov esi,0x00c09600 ;栈基础属性:G=1,B=1,P=1,S=1,TYPE=0110
shl ebx,13 ;DPL在位13-14
or esi,ebx ;栈属性
push eax ;基址
push edx ;界限
push esi ;属性
call SEL_FUNC:make_ds ;创建描述符, 返回edx,eax
.create_stack_done:
pop esi
pop ecx
pop ebx
mov esp,ebp
pop ebp
retf 8
;创建特权栈
;参数: 为谁创建特权级别的栈(3,2,1) , TSS地址, 访问TSS地址的段选择子, TCB地址,访问TCB的段选择子
;栈中位置: 12 16 20 24 28
create_privilege_stack:
push ebp
mov ebp, esp
push es
push ebx
push ecx
push eax
push edx
push edi
push esi
push ds
mov ecx,[ebp + 12] ; 以特权级别作为循环次数
mov ebx,[ebp + 20] ; TSS段选择子
mov es,ebx
mov ebx,[ebp + 16] ;TSS地址
add ebx,4 ;特权0 ,esp 首地址
mov esi,[ebp + 28] ;TCB段选择子
mov ds,esi
mov esi,[ebp + 24] ;TCB地址
add esi,0x28 ;指向首个栈
;TCB中也需要保存一份特权栈的信息
;0x28:特权0 栈基址
;0x2c:特权0 栈长度,字节为单位
;0x30:特权0 esp
;0x34:特权0 栈段选择子
;判断特权级别 参数是否正确, 如果 < 1 或 > 3则直接返回
cmp ecx,3
jg .create_privilege_stack_done
cmp ecx,1
jl .create_privilege_stack_done
xor edi,edi ;edi 作为栈属性的DPL , 0,1,2
;特权0栈的esp 从0x04开始,从特权0栈开始创建,最多额外创建3个栈(0,1,2)
;每个栈固定4K
;每个栈的基础属性是:0x00c09600, G=1,B=1,P=1,S=1,TYPE=0110
;栈的DPL 根据edi 每次左移13位 or 0x00c09600 => 栈属性
;段选择子的RPL, 根据DPL 来修改, 特权0=>RPL0, 特权1=>RPL1, 特权2=>RPL2
;栈的特权级检查 : CPL=RPL=DPL , 需要保持一致
.begin_create_privilege_stack:
push 0x1000 ; 4k大小
call SEL_FUNC:alloc_mem ;返回 eax 可用地址
add eax,0x1000 ;栈基址
mov [ds:esi],eax ;栈基址保存到TCB中
mov dword [ds:esi + 4],0x1000 ;栈大小保存到TCB中
mov edx,edi ;处理DPL
shl edx,13
or edx,0x00c09600 ;合成栈属性
push eax ;基址
push 0xffffe ;界限
push edx ;属性
call SEL_FUNC:make_ds ;返回 edx , eax
push ds ;访问TCB的段选择子
push dword [ebp + 24] ;TCB地址
push edx ;描述符高32位
push eax ;低32位
call SEL_FUNC:add_to_ldt ; ax 段选择子
;修改段选择子的RPL
or ax,di
;设置到TSS块中
mov dword [es:ebx],0 ;esp
mov [es:ebx + 4], ax ;栈选择子
add ebx,8 ;ebx指向下一个特权栈的esp
;把栈选择子保存到TCB中
mov [ds:esi + 12], ax ;TCB栈段选择子
mov dword [ds:esi + 8], 0 ;TCB栈ESP
add esi,16 ;指向TCB中下一个栈信息
inc edi ;增加DPL
loop .begin_create_privilege_stack
.create_privilege_stack_done:
pop ds
pop esi
pop edi
pop edx
pop eax
pop ecx
pop ebx
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 20
;为应用程序创建段描述符, 并存放到自己的LDT中
;参数: 应用程序的DPL, TCB地址, 访问TCB的段选择子
;栈中位置: 12 16 20
create_app_descriptor:
push ebp
mov ebp,esp
pushad
push es
mov eax,[ebp + 20] ;段选择子
mov es,eax
mov ebx,[ebp + 16] ;TCB地址
mov esi,[ebp + 12] ;DPL,最后2位有效
and esi,0x03
shl esi,13 ;左移13位;移动到描述符的DPL位置
mov edi,[es:ebx + 0x08] ;应用程序起始地址
mov ecx,[es:edi + 0x0c] ;应用程序重定位表项数
mov ebx,0x10 ;重定位表的起始地址,这里是一个固定的值;
;此处根据用户头部,随意更改
.begin_create_descriptor:
mov eax,[es:edi + ebx + 4] ;段基址
add eax,edi ;实际段基址
push eax ;基址
push dword [es:edi+ebx] ;界限
mov eax, [es:edi + ebx + 8] ;获取属性
;不论原属性中的DPL是什么值,这里统一修改成参数中的DPL
or eax,esi
push eax ;属性
call SEL_FUNC:make_ds ;返回edx,eax
;把描述符存放到自己的LDT中
push es ;访问TCB的段选择子
push dword [ebp + 16] ;TCB地址
push edx ;描述符高32位
push eax ;描述符低32位
call SEL_FUNC:add_to_ldt ;返回 ax, 段选择子(TI=1),RPL=0
;修改段选择子的RPL, 让其跟参数的DPL一致
mov edx,[ebp + 12] ;参数DPL
and edx,0x03 ;仅低2位有效
or eax,edx
;替换用户程序头部的 段基址
mov [es:edi + ebx + 4] , eax
add ebx,USER_SYMBOL_TABLE_EACH_ITEM_BYTES ;指向重定位表中的下一项
loop .begin_create_descriptor
;修改头部入口点的段基址
mov eax,[es:edi + 0x20] ;此处是重定位表中代码段的位置
mov [es:edi + 0x08], eax ;修改入口点
;保存程序头部段选择子到TCB中
mov eax,[es:edi + 0x14] ;重定位表中的头部段选择子
mov ebx,[ebp + 16] ;TCB地址
mov [es:ebx + 0x24],eax ;保存头部段选择子
pop es
popad
mov esp,ebp
pop ebp
retf 12
;创建一个LDT
;参数: 字节数
;返回:eax
create_ldt:
push ebp
mov ebp,esp
push dword [ebp + 12] ;字节数
call SEL_FUNC:alloc_mem
mov esp,ebp
pop ebp
retf 4
;创建LDT描述符
;参数: 指向LDT界限的地址(地址+4 是LDT基址的地址) , 访问LDT的段选择子
;栈中位置: 12 16
;返回: edx,eax 描述符
create_LDT_descriptor:
push ebp
mov ebp,esp
push es
push ebx
push edi
push ecx
mov eax,[ebp + 16] ;段选择子
mov es,eax
mov ebx,[ebp + 12] ;LDT界限的地址
mov edi,[es:ebx + 4] ;LDT 基址
;LDT的属性:D=0, P=1,S=0,TYPE=0010,DPL=0. 只能给特权0访问
mov ecx,0x00008200
movzx edx, word [es:ebx] ;界限
;建立描述符
push edi ;基址
push edx ;界限
push ecx ;属性
call SEL_FUNC:make_ds ;返回edx,eax
pop ecx
pop edi
pop ebx
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 8
;为内核创建TSS
create_kernel_tss:
push ebp
mov ebp,esp
push ds
push es
push eax
push edx
mov eax,SEL_DATA
mov ds,eax ;指向自己的数据段
mov eax,SEL_4G_DATA
mov es,eax ;4G
push dword 104
call SEL_FUNC:alloc_mem
mov [ds:kernel_tss_base], eax ;tss基址
;为内核的TSS初始化, 内核TSS不需要特权栈, 已经是特权0了
mov word [es:eax] ,0 ;前一个tss选择子 0
mov dword [es:eax + 28],0 ;cr3
mov word [es:eax + 96],0 ;LDT
mov byte [es:eax + 100],0 ;T=0
mov word [es:eax + 102],103 ;IO位图
;TSS描述符是系统段描述符(S=0),TYPE=1001(1011表示繁忙),P=1
;高32位中的描述符属性0x00008900, 由于当前是为特权0创建,因此DPL=0
push eax ;基址
push dword 103 ;界限
push dword 0x00008900 ;属性
call SEL_FUNC:make_ds ;返回edx,eax
push edx
push eax
call SEL_FUNC:add_to_gdt ;只能存放在GDT中
;保存TSS选择子
mov word [ds:kernel_tss_sel],ax
pop edx
pop eax
pop es
pop ds
mov esp,ebp
pop ebp
retf
;创建一个最小尺寸的TSS内存块
;参数: TSS描述符的DPL, TCB地址, TCB段选择子
;栈中位置: 12 16 20
create_min_tss:
push ebp
mov ebp,esp
pushad
push es
push ds
;一个最小尺寸的TSS 需要104字节
mov eax,104
;申请内存块
push eax
call SEL_FUNC:alloc_mem ;返回eax
mov ebx,eax ;tss首地址
;为TSS初始化
mov eax,SEL_4G_DATA
mov es,eax
mov word [es:ebx], 0 ; 前一个TSS段选择子
mov byte [es:ebx + 100],0 ;T=0, debug位
mov dword [es:ebx + 28],0 ;cr3
mov word [es:ebx + 102],103 ; IO位图
mov word [es:ebx + 96],0 ; LDT选择子
mov dword [es:ebx + 56],0 ;esp
;为TCB中的TSS字段初始化
mov eax, [ebp + 20] ;TCB段选择子
mov ds,eax
mov edi, [ebp + 16] ;TCB地址
mov [ds:edi + 0x1c],ebx ;基址
mov dword [ds:edi + 0x18], 103 ;界限
;为TSS创建描述符,并放入GDT中
;TSS基址已经有了, 界限:103 也有了
;基础属性 : TSS描述符是系统段描述符(S=0),TYPE=1001(1011表示繁忙),P=1
mov eax,[ebp + 12] ;描述符DPL
and eax,0x03 ;只有低2位有效
mov esi,eax ;备份DPL
shl eax,13 ;左移到DPL位置 ,DPL在位13-14
;TSS描述符的基本属性
mov edx,0x00008900 ; 如果DPL=0, 只能由特权0 去调度任务
or edx,eax ; 设置DPL位
;创建描述符
push ebx ;基址
push dword 103 ;界限
push edx ;属性
call SEL_FUNC:make_ds ;返回 edx,eax
;加入GDT
push edx
push eax
call SEL_FUNC:add_to_gdt ;返回 ax 段选择子
;RPL根据DPL来修改
or ax,si
;保存到TCB的TSS选择子字段
mov word [ds:edi + 0x20], ax
pop ds
pop es
popad
mov esp,ebp
pop ebp
retf 12
;读取用户程序
;参数: 用户程序扇区起始扇区号
;栈中位置: 12
;返回: eax 用户程序内存首地址
read_user_app:
push ebp
mov ebp,esp
push ds
push edx
push ecx
push ebx
mov eax,SEL_DATA ;自己数据段
mov ds,eax
push dword [ebp + 12] ;起始扇区号
push ds ;数据段
push user_header_buffer ;偏移
call SEL_FUNC:read_sector ;读取一个扇区, 先把用户头部读进来分析需要多少个扇区
;计算扇区数
mov eax,[ds:user_header_buffer] ;用户程序字节数
xor edx,edx
mov ecx,512
div ecx
mov ecx,eax ;备份扇区数
inc ecx
or edx,edx ;有没有余数
;jz .alloc_mem_for_user ;没有
;inc eax ;有余数
cmovnz eax,ecx ;有余数则+1扇区数
;为用户程序分配空间
.alloc_mem_for_user:
mov ecx,eax ;实际需要的扇区数
shl eax,9 ; *512字节 , 实际需要的字节数.
push eax ;为用户程序分配这些空间
call SEL_FUNC:alloc_mem ;返回eax , 首地址
mov ebx,eax
mov edx,[ebp + 12] ;起始扇区号
;循环读取
.begin_read_user_app:
push edx ;扇区号
push SEL_4G_DATA ;段选择子
push ebx ;偏移
call SEL_FUNC:read_sector
inc edx
loop .begin_read_user_app
pop ebx
pop ecx
pop edx
pop ds
mov esp,ebp
pop ebp
retf 4
;创建TCB
;参数: 字节数
;返回 eax 地址
create_tcb:
push ebp
mov ebp,esp
push es
mov eax,SEL_4G_DATA
mov es,eax
push dword [ebp + 12]
call SEL_FUNC:alloc_mem
mov dword [es:eax],0 ;头部4字节清空
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 4
;把TCB加入链表
;参数:TCB地址
append_tcb_to_linklist:
push ebp
mov ebp,esp
push ds
push eax
push ebx
push es
push ecx
mov ebx,SEL_DATA ;指向自己的数据段
mov ds,ebx
mov ebx,SEL_4G_DATA ;指向4G
mov es,ebx
mov eax,[ebp + 12] ;TCB地址
mov ebx,[ds:tcb_header] ;获取链表起始地址
;检查是不是空的, 如果不是循环到最后一个TCB
or ebx,ebx
jnz .not_empty
;空的
mov [ds:tcb_header],eax
jmp .append_tcb_to_linklist_done
;不空,一直找下一个
.not_empty:
.find_next:
mov ecx,ebx
mov ebx,[es:ecx]
or ebx,ebx
jnz .find_next
mov dword [es:ecx], eax ;找到最后一个 填充TCB地址
.append_tcb_to_linklist_done:
pop ecx
pop es
pop ebx
pop eax
pop ds
mov esp,ebp
pop ebp
retf 4
;比较字符串
;参数: 目标偏移, 目标段选择子, 原偏移, 原段选择子, 字符串长度
;栈中位置: 12 16 20 24 28
;返回:eax (1:相等,0:不相等)
compare_string:
push ebp
mov ebp,esp
pushfd
push ds
push es
push edi
push esi
push ecx
push edx
mov edi, [ebp + 16] ;目标段
mov edx, [ebp + 8] ;cs
arpl di,dx ;如果di.RPL < cs.RPL 则修改成cs.RPL
mov es,edi
mov edi,[ebp + 12] ;目标偏移
mov esi,[ebp + 24] ;原段
arpl si,dx ;判断RPL
mov ds,esi
mov esi,[ebp + 20] ;原偏移
mov ecx,[ebp + 28] ;长度
xor eax,eax
mov edx,1
cld
repe cmpsb ;一直比较直到最后一个字节也相等,标志Z=1
cmovz eax,edx
pop edx
pop ecx
pop esi
pop edi
pop es
pop ds
popfd
mov esp,ebp
pop ebp
retf 20
;比较一项用户符号信息 与 一项自己公开的符号信息
;参数:用户符号信息项偏移地址, 用户段选择子, 原符号信息项偏移地址,原段选择子
;栈中位置: 8 12 16 20
;返回: eax (相等:1, 不相等:0)
compare_each_symbol_item:
push ebp
mov ebp,esp
push ds
push es
push esi
push edi
mov esi,[ebp + 20] ;原段选择子
mov ds,esi
mov esi,[ebp + 16] ;原偏移
mov edi, [ebp + 12] ;用户段选择子
mov es,edi
mov edi,[ebp + 8] ;用户偏移
;每一项的起始4字节都是字符串的长度. 首先比较字符串长度
;cmpsd会影响esi,edi 都+4, 因此先保存在栈中
xor eax,eax
push esi
push edi
cld ;方向标志位
cmpsd ;比较4字节是否相等
pop edi
pop esi
jnz .compare_each_symbol_item_done ;长度不相等直接结束
;比较字符串
push dword [es:edi] ;字符串长度
push ds ;原段
push dword [ds:esi+4] ;原字符串偏移
push es ;目标段
push dword [es:edi+4] ;目标字符串偏移
call SEL_FUNC:compare_string
.compare_each_symbol_item_done:
pop edi
pop esi
pop es
pop ds
mov esp,ebp
pop ebp
ret 16
;填充用户符号地址表
;参数:用户符号地址表地址,用户符号信息项地址, 用户段选择子, 原符号信息项地址,原段选择子
;栈中位置: 8 12 16 20 24
fill_symbol_table_item:
push ebp
mov ebp, esp
push ds
push es
push eax
push ebx
push esi
push edi
mov esi,[ebp + 24] ;原段
mov ds,esi
mov esi,[ebp + 20] ;原符号项
mov edi,[ebp + 16] ;用户段
mov es,edi
mov edi , [ebp + 12] ;用户符号信息项
mov ebx,[es:edi + 0x08] ;用户过程索引号
shl ebx,3 ;索引 * 8 即是地址表中的需要填充的位置
mov edi,[ebp + 8] ;用户地址表
add edi,ebx ;实际需要填充的位置
mov esi,[ds:esi + 8] ;指向对应的符号地址表项
mov eax,[ds:esi + 8] ;地址表中的门选择子
;为门选择子修改RPL
or eax,11B
mov dword [es:edi] , 0 ;用户地址表中的偏移地址,填充0即可
mov [es:edi + 4],eax ;填充门选择子
pop edi
pop esi
pop ebx
pop eax
pop es
pop ds
mov esp,ebp
pop ebp
ret 20
;比较用户符号表的每一项,如果匹配则把门段选择子填充进去
;参数: 用户符号地址表地址 ,用户符号信息表项的地址, 用户头段选择子
;栈中位置: 8 12 16
compare_each_symbol_table_item_and_fill:
push ebp
mov ebp,esp
push ds
push es
push esi
push edi
push ecx
push eax
;循环自己的符号表 与 用户信息表做比较
mov esi,SEL_DATA ;自己的数据段
mov ds,esi
mov esi,symbol_table_info_begin ;指向自己符号信息表的首地址
mov ecx, [ds:symbol_table_len] ;自己符号表的长度
mov edi,[ebp + 16] ;用户段选择子
mov es,edi
mov edi,[ebp + 12] ;用户符号信息表的一项地址
.begin_compare_each_symbol:
push ds ;原段选择子
push esi ;原符号信息的一项地址
push es ;用户段选择子
push edi ;用户符号信息的一项地址
call compare_each_symbol_item
or eax,eax ;是否匹配, 1是匹配,0则继续下一条匹配
jnz .begin_fill_addr ;找到了
add esi,SYMBOL_TABLE_EACH_ITEM_BYTES ;指向自己的符号信息表的下一项
loop .begin_compare_each_symbol
;到这里,把自己的符号信息表全部循环完都没找到,直接结束
jmp .compare_each_symbol_table_item_and_fill_done
;开始填充门选择子
.begin_fill_addr:
push ds ;原段选择子
push esi ;原符号信息项地址
push es ;用户段选择子
push edi ;用户符号信息项地址
push dword [ebp + 8] ;用户符号地址表地址
call fill_symbol_table_item
.compare_each_symbol_table_item_and_fill_done:
pop eax
pop ecx
pop edi
pop esi
pop es
pop ds
mov esp,ebp
pop ebp
ret 12
;重定位用户符号表
;参数: 用户头部段选择子
;栈中位置: 12
realloc_user_app_symbol_table:
push ebp
mov ebp,esp
push es
push ebx
push ecx
push esi
push edi
mov ebx,[ebp + 12] ;段
mov es,ebx
;获取用户符号表长度
mov ecx, [es:0x3c] ;用户符号表长度
mov esi,[es:0x40] ;用户符号信息表 首地址
mov edi,[es:0x44] ;用户符号地址表 首地址
;循环; 每次拿出一条用户符号信息表中的项去比较
.begin_realloc_user_app_symbol_table:
push es
push esi
push edi
call compare_each_symbol_table_item_and_fill
add esi,USER_SYMBOL_TABLE_EACH_ITEM_BYTES ;指向符号信息的下一项
loop .begin_realloc_user_app_symbol_table
pop edi
pop esi
pop ecx
pop ebx
pop es
mov esp,ebp
pop ebp
retf 4
;创建所有的调用门
;参数:调用门DPL
create_call_gate:
push ebp
mov ebp,esp
push ds
pushad
;为自己的符号地址表 填充调用门选择子
;地址表中, 段选择子和偏移地址已经有了. 还缺属性, 就能合成描述符
;调用门描述符的基础属性S=0,P=1,TYPE=1100 : 100_0_1100_000_00000B
;DPL通过参数传递, 参数个数 在符号地址表中已经给出
mov ebx,symbol_table_addr_begin ;符号地址表首地址
mov eax,SEL_DATA ;指向自己的数据段
mov ds,eax
mov ecx,[ds:symbol_table_addr_len] ;获取地址表长度
mov esi,[ebp + 12] ;调用门DPL, 仅低2位有效
and esi,11B
shl esi,13 ;左移13位, DPL在描述符中的位置
.begin_create_all_gate:
mov edx,100_0_1100_000_00000B ;基础属性
mov eax,[ds:ebx + 12] ;获取 参数个数, 调用门的参数个数最多31个,这里为了方便使用4个字节
and eax,0x1f ;最多31个参数, 0x1f = 11111B
or edx,eax ;组合 -> 过程参数
or edx,esi ;组合DPL
push dword [ds:ebx + 4] ;过程段选择子
push dword [ds:ebx] ;过程偏移地址
push edx ;属性
call SEL_FUNC:create_call_gate_descriptor ;返回edx,eax
;加入到GDT中
push edx
push eax
call SEL_FUNC:add_to_gdt ;返回 ax 段选择子
;把门描述符的段选择子 填充到地址表中
mov [ds:ebx + 0x08], eax
;指向下一个符号地址表项
add ebx,SYMBOL_TABLE_ADDR_EACH_ITEM_BYTES
loop .begin_create_all_gate
popad
pop ds
mov esp,ebp
pop ebp
retf 4
;创建一个调用门描述符
;参数: 属性, 偏移, 段选择子
;栈中位置:12 16 20
;返回 edx,eax
create_call_gate_descriptor:
push ebp
mov ebp,esp
push esi
mov edx,[ebp + 16] ;偏移
mov eax,edx
and eax,0x0000ffff ;保留低16位
and edx,0xffff0000 ;保留高16位
mov esi,[ebp + 12] ;描述符属性
and esi,0x0000ffff ;低16位有效
or edx,esi ;组合高32位
mov esi,[ebp + 20] ;段选择子
shl esi,16 ;左移到高16位
or eax,esi ;组合低32位
pop esi
mov esp,ebp
pop ebp
retf 12
exit:
retf
function_end:
section data vstart=0 align=16
user_header_buffer times 512 db 0 ;用户头部缓冲区
print_pos dw 0 ;打印位置
alloc_mem_addr dd ALLOC_MEM_BASE_ADDR ;内存地址
tcb_header dd 0 ;链表起始地址
GDT_SIZE dw 0 ;GDT界限
GDT_BASE dd 0 ;GDT基址
kernel_tss_base dd 0 ;内核TSS基址
kernel_tss_sel dw 0 ;内核TSS段选择子
running_msg db 'kernel running'
running_msg_end:
;符号信息表长度
symbol_table_len dd (symbol_table_info_end-symbol_table_info_begin)/SYMBOL_TABLE_EACH_ITEM_BYTES
;符号信息表,用于匹配用户符号表
symbol_table_info_begin:
print_info dd (read_sector_string - print_string) ;字符串长度
dd print_string ;字符串偏移
dd print_addr ;地址
dd 0 ;索引
read_sector_info dd (exit_string - read_sector_string)
dd read_sector_string
dd read_sector_addr
dd 1
exit_info dd (compare_string_string - exit_string)
dd exit_string
dd exit_addr
dd 2
compare_string_info dd (symbol_table_string_end - compare_string_string)
dd compare_string_string
dd compare_string_addr
dd 3
symbol_table_info_end:
;字符串表
symbol_table_string_begin:
print_string db 'print'
read_sector_string db 'read_sector'
exit_string db 'exit'
compare_string_string db 'compare_string'
symbol_table_string_end:
;地址表长度
symbol_table_addr_len dd (symbol_table_addr_end-symbol_table_addr_begin)/SYMBOL_TABLE_ADDR_EACH_ITEM_BYTES
;符号地址表
symbol_table_addr_begin:
print_addr dd print ;偏移
dd SEL_FUNC ;段选择子
dd 0 ;待填充的门选择子
dd 3 ;参数个数
read_sector_addr dd read_sector
dd SEL_FUNC
dd 0
dd 3
exit_addr dd exit
dd SEL_FUNC
dd 0
dd 0
compare_string_addr dd compare_string
dd SEL_FUNC
dd 0
dd 5
symbol_table_addr_end:
data_end:
section tail
tail_end:
用户代码
;定义常量
;每一项重定位段信息占用12字节
USER_REALLOC_TABLE_EACH_ITEM_BYTES EQU 12
;符号表每一项占用12字节
USER_APP_EACH_TABLE_ITEM_BYTES EQU 12
;符号地址表每一项占用8字节
USER_APP_EACH_TABLE_ITEM_ADDR_BYTES equ 8
;栈段由内核分配,并写入选择子到seg_stack_addr;
;seg_stack_len 提示描述符的G位(以4K还是1字节为单位)
;用户程序如果需要调用内核程序提供的API,则需要符号表帮忙,根据字符串匹配来确定对应的调用门选择子:偏移地址
;符号表分为2块:
;1.符号信息表
; 1.符号信息表内部又由2部分组成: 符号信息,符号字符串表
; 2.遍历符号信息,可匹配字符串以及获取对应的索引,一旦匹配成功则在地址表中写入(偏移,调用门选择子)
;2.符号地址表,每一项占8个字节: (4字节)偏移地址:(4字节,仅低2字节有效)调用门选择子
; 根据信息表内的索引, 索引*8 即可获取过程的偏移,调用门选择子
[bits 32]
section header vstart=0 align=16
;程序长度
app_len dd tail_end ;0x00
;入口点
entry dd start ;0x04
dd section.code.start ;0x08
;重定位表项数
;0x0c
realloc_table_len dd (table_end - table_begin) / USER_REALLOC_TABLE_EACH_ITEM_BYTES
;重定位表
;被加载后,所有段基址都会被替换成段选择子
table_begin:
;头部段
seg_header_len dd header_end-1 ;段界限, 0x10
seg_header_addr dd section.header.start ;段基址, 0x14
seg_header_attr dd 0x0040f200 ;段属性,0x18 , DPL=3
;代码段
seg_code_len dd code_end-1 ;段界限,0x1c
seg_code_addr dd section.code.start ;段基址,0x20
seg_code_attr dd 0x0040f800 ;段属性,0x24 ,DPL=3
;数据段
seg_data_len dd data_end-1 ;段界限,0x28
seg_data_addr dd section.data.start ;段基址,0x2c
seg_data_attr dd 0x0040f200 ;段属性,0x30 ,DPL=3
table_end:
;栈段由内核程序帮忙分配
;分配完后由内核程序写入
;用户程序在固定位置有占位即可
;内核将用最大界限值:0xfffff - 1(这里的数字), 来计算分配多少字节
seg_stack_len dd 1 ; 0x34 , 以4K为单位, 这里的1相当于4096字节,与界限相呼应
seg_stack_addr dd 0 ; 0x38, 由内核写入栈段选择子
;0x3c
;符号信息表长度
symbol_table_len dd (symbol_table_string_start-symbol_table_begin) / USER_APP_EACH_TABLE_ITEM_BYTES
;0x40
;符号信息表起始位置
symbol_table_info_start dd symbol_table_begin
;0x44
;符号地址表起始位置
symbol_table_addr_start dd symbol_table_addr_begin
;用户程序符号信息表
symbol_table_begin:
print_info:
dd (exit - print ) ;字符串长度,用于比较
dd print ;字符串的偏移地址
dd 0 ;对应地址表的索引
exit_info:
dd (symbol_table_string_end - exit)
dd exit ;字符串偏移地址
dd 1 ;索引
symbol_table_string_start:
print db 'print'
exit db 'exit'
symbol_table_string_end:
symbol_table_end:
;用户程序符号地址表
;times N db 0 占位
;匹配成功后 会将 调用门选择子 填充到此表中
;根据print,exit对应的索引,放入指定位置
;每一项都是 偏移地址:调用门选择子 , 注:偏移地址全是0
symbol_table_addr_begin:
times ((symbol_table_string_start-symbol_table_begin)/USER_APP_EACH_TABLE_ITEM_BYTES)*USER_APP_EACH_TABLE_ITEM_ADDR_BYTES db 0
symbol_table_addr_end:
header_end:
section code vstart=0 align=16
start:
;用户程序开始执行
;此任务第一次运行由内核初始化的TSS结构决定
;初始化的TSS结构, ds指向了头部, ss, esp 已经设置好
mov eax,ds
mov es,eax ;让es指向头部, 以使用调用门
;切换数据段
mov eax,[es:seg_data_addr]
mov ds,eax
;显示用户程序自己的消息
;print 偏移地址,段选择子 在 符号地址表:0
;print 回传递ds, 也就是 print 会访问 用户ds.
;避免不了会在print过程中使用 mov ds,用户ds,因此在print过程中使用arpl
push dword (user_msg_end - user_msg)
push ds
push dword user_msg
call far [es:symbol_table_addr_begin + 0]
;通过iret 使得任务返回
;根据TR指向的TSS结构中的Eflags的NT位,得知这是一个嵌套任务,将返回到上一个任务
;把当前任务的NT=0,B=0
;把当前任务的寄存器(上下文)全部保存到TR指向的TSS结构中
;任务切换到 TSS结构previousLink 的TSS选择子
iret
code_end:
section data vstart=0 align=16
user_msg db 'user is running~~'
user_msg_end:
data_end:
section tail
tail_end:
引导文件
;MBR本身占用512字节,起始地址0x7c00
;GDT的位置:0x7c00+0x200(512) = 0x7e00
;GDT的界限:2的16次方:2^16=64k=0x10000
;因此启动程序的位置放在: 0x7e00+0x10000 = 0x17e00
;启动程序所在的逻辑扇区固定在0x01
;GDT界限:2^16, 每个段描述符8个字节,最多可容纳8192个段描述符
;每当加载一个段描述符伪指令: mov es,10_000 ;
;就会根据提供索引*8+GDT基地址 去获取此地址的段描述符,如果地址超出了(GDT基地址+GDT界限)则非法
;之前已经说过段界限的计算方式,这里再说明一下
;向上的段界限:指的是最大偏移 , 向下的段界限:特指<栈>, 是最小偏移
;段界限是一个数量单位,需要根据G位来计算实际的段界限,G:0 以字节为单位, G:1 以4k为单位
;拿下面的显存段描述符来说明:界限:0xffff,G=0. 段界限: (0xffff+1)*1-1,最终的段界限:段基地址+段界限:0xb8000 + (0xffff+1)*1-1
;下面栈段,段基址:0x7c00,段界限:0xffffe,G=1. 段界限:(0xffffe+1)*4096-1+1, 最后需要加上段基址:0x7c00+( (0xffffe+1)*4096-1+1 );
;section.段名.start 是从文件首(位置0)开始计算的实际物理段地址,相当于从内存地址0开始的物理段地址
;在实模式中,有20位的地址空间
; 1.段地址(section.段名.start)需要4个字节来存放,低20位有效位,假设段地址:0x1000
; 2.如果要计算逻辑段地址,则需要加上程序起始地址, 假设程序起始地址:0x10000
; 1.起始地址:0x10000 低2字节 + 段地址 低2字节 : 0x0000 + 0x1000 = 0x1000
; 2.起始地址:0x10000 高2字节 + 段地址 高2字节 : 0x0001 + 0x0000 = 0x0001, 此加法使用adc,别忘记进位
; 3.mov ax,0x1000, mov dx,0x0001
; 3.逻辑段地址 / 16, 因此低2字节: shr ax,4 = 0x100
; 5.高2字节中只有低4位是有效位(共20位), or ax,dx => 0x1100
;在32位保护模式中,有32位地址空间.物理段地址需要4字节存放
;保护模式中不需要计算逻辑段地址,而是要创建一个描述符
;描述符的基地址: section.段名.start(内存地址为0开始的物理地址) + 程序起始地址: section.段名.start+CORE_BASE_ADDR;
;段界限:可以在每个段的结尾增加一个标号来计算每个段的长度, 根据段长度-1 => 界限
;段属性:根据每个段是什么类型,自己在头部给出
;根据上述3个属性可以合成一个描述符
MBR_START_ADDR equ 0x7c00 ;MBR起始地址
CORE_BASE_ADDR equ 0x17e00 ;启动程序的起始地址
CORE_SECTOR equ 0x01 ;启动程序所在的扇区
SECTION mbr vstart=0
;实模式
;首先在GDT中创建一些需要用到的段描述符
;GDT_BASE 被定义成一个4字节的线性地址
;获取GDT的段地址,偏移地址
mov ax,[cs:GDT_BASE + MBR_START_ADDR] ;获取GDT低16位
mov dx,[cs:GDT_BASE + MBR_START_ADDR + 2] ;GDT高16位
mov bx,16
div bx
;ax:段地址, dx:偏移
mov ds,ax ;GDT段地址: 0x07e0
mov bx,dx ;偏移:0
;创建第一个描述符:哑元,0号描述符
;每个段描述符占用8个字节
mov dword [ds:bx + 0x00],0
mov dword [ds:bx + 0x04],0
;创建一个代码段描述符, 基地址:0x7c00, 界限:0x01ff , G=0 字节为粒度, D=1 使用32位操作数
;实际最大界限: 0x7c00 + ((0x01ff + 1)*1-1)
;此段地址0x7c00,与MBR起始地址一样, 主要是为了执行后面的[bits 32]编译的32位保护模式下的代码
mov dword [ds:bx + 0x08] , 0x7c0001ff
mov dword [ds:bx + 0x0c] , 0x00409800
;创建一个显存段描述符,用于输出
;段基地址:0xb8000,界限:0xffff,G=0, 64k
;实际最大界限: 0xb8000 + ((0xffff+1)*1-1)
mov dword [ds:bx + 0x10], 0x8000ffff
mov dword [ds:bx + 0x14], 0x0040920b
;创建一个指向4G内存的数据段,以便访问任何一个位置
;段基地址:0x0, 界限:0xfffff, G=1(以4K为单位)
;实际最大界限:0x0 + (0xfffff+1)*4k-1
mov dword [ds:bx + 0x18],0x0000ffff
mov dword [ds:bx + 0x1c],0x00cf9200
;创建栈段
;段基址: 0x7c00, 段界限:0xffffe,G=1 以4K为单位, B=1 32位操作数,即使用esp
;栈的段界限指的是最小偏移
;段界限:(0xffffe+1)*4096-1+1 = 0xFFFFF000
;实际最终段界限: 0x7c00 + ( (0xffffe+1)*4096-1+1 ) = 0x7c00 + 0xFFFFF000 = 0x6c00
;最小偏移:0x6c00 , 最高地址: 0x7c00 + 0xffff_ffff(esp) = 0x7bff
;每当 push ,pop, int, iret ,call 等需要操作栈的指令时,都会对越界进行检查
;例如: push eax
;需要检查: 最小偏移地址 <= (esp - 4)
mov dword [ds:bx + 0x20],0x7c00fffe
mov dword [ds:bx + 0x24],0x00cf9600
;设置GDT的界限
mov word [cs:GDT_SIZE + MBR_START_ADDR], 39 ; 5个段描述符 : 5*8 -1
;设置GDTR, 共6个字节,低2字节GDT_SIZE, 高4字节GDT_BASE
lgdt [cs:GDT_SIZE + MBR_START_ADDR]
;打开A20地址线
;使用0x92端口,把此端口的位1置1
in al,0x92
or al,0x02
out 0x92,al
;屏蔽中断
cli
;开启CR0的PE位,PE位在位0
mov eax,cr0
or eax,1
mov cr0 ,eax
;一旦开启PE位,当前在16位保护模式下运行了
;当前在16位保护模式中的D位还是0, 想进入32位保护模式,需要加载一个D=1的段描述符,因此需要使用jmp
;dword 用于修饰偏移地址:into_protect_mode, 使用4字节的偏移地址
;由于当前还是16位,因此会在机器码前加上前缀0x66, 运行时会使用32位操作数
;0x08是段选择子: 01_000B, 段选择子2个字节,高13位是索引,2^13=8192,对应GDT最大描述符个数
;段选择子传递给cs的过程,伪指令: mov cs, 0x08:
; 1.根据 ( 索引 * 8 ) + GDT_BASE 算出地址
; 2.查看此地址是否越界( GDT_BASE + GDT_SIZE)
; 3.未越界则把对应描述符加载到cs的高速缓冲区中
;以下面为例:
; 1. 0x08 = 01_000B, 索引为1
; 2. (1*8)+0x7e00 = 0x7e08, 不越界
; 3. 从0x7e08处获取8个字节加载到cs高速缓冲区中
;
;相当于伪指令: mov cs,0x08 ; mov eip, into_protect_mode
;最后由于段描述符被加载后D=1,因此使用eip, 即 eip = into_protect_mode
jmp dword 0x08:into_protect_mode
;从这里开始将使用32位的操作数,由于当前的CS段描述符D=1
;bits 32 以32位编译代码, 默认情况是bits 16以16位编译
;如果当前没有bits 32的情况下, 而描述符的D位又为1, 即以32位方式执行16位的指令或许会发生错误
;16位的默认操作数是2字节,32位默认操作数为4字节. 即使有些编译好的指令看上去一样,但在运行时还是会发生错误
[bits 32]
;以32位操作数来执行指令
into_protect_mode:
;设置栈段
mov eax,0x20
mov ss,eax
xor esp,esp
;设置数据段,指向4G空间
mov eax,0x18
mov ds,eax
;读取启动程序第一个扇区,加载到CORE_BASE_ADDR处
mov ebx,CORE_BASE_ADDR ;写到ds:ebx
mov edi,ebx ;备份
mov eax,CORE_SECTOR ;指定起始扇区号
call read_sector ;读取首个扇区, 参数:eax , 写入到 ds:ebx
mov eax,[ds:edi] ;获取程序长度
mov ecx,512
xor edx,edx
div ecx ;总字节数/512, 查看还要读取几个扇区
or edx,edx ;余数为0 ?
jnz .check
dec eax ;余数为0, -1首个已读的扇区
.check:
or eax,eax ;是否读完 ?
jz .read_done ;读完则处理一步,否则继续读扇区
mov ecx, eax ;剩余扇区数
mov eax, CORE_SECTOR
.read_left:
inc eax ;下一个扇区号
call read_sector ;读取扇区, ebx在read_sector中自增,因此不用管
loop .read_left
;全部读完
.read_done:
;为所有的段创建段描述符
;程序的重定位表中已经把 段基址, 段界限, 段属性 全部提供
;程序被加载的位置:CORE_BASE_ADDR
;因此实际的段基址为: CORE_BASE_ADDR + 段基址
;当前ds:指向4G
mov ecx,[ds:CORE_BASE_ADDR + 0x0c] ;重定位表长度(有几项)
mov edi,0x10 ;重定位表起始地址
;保存ebp 原值
push ebp
mov ebp,0x28 ;安装描述符的起始地址,实模式中最后一个地址:0x20
;处理重定位表
;这里的ebp:把描述符的地址当成段选择子来使用,只是凑巧,因为后3位(TI,DPL)都是0.
.process_realloc_table:
mov ebx,[ds:CORE_BASE_ADDR + edi] ;段界限
mov eax,[ds:CORE_BASE_ADDR + edi + 4] ;段基址
add eax,CORE_BASE_ADDR ;实际段基址
mov esi,[ds:CORE_BASE_ADDR + edi + 8] ;段属性
;合成描述符
call make_gd ;返回edx:eax
;增加到GDT中
mov esi,[ds:MBR_START_ADDR + GDT_BASE] ;GDT起始位置
mov [ds:esi + ebp],eax ;描述符低32位
mov [ds:esi + ebp + 4],edx ;描述符高32位
;把程序头部的段基址替换成段选择子
mov [ds:CORE_BASE_ADDR + edi + 4],ebp
add ebp,0x08 ;下一个安装段描述符的位置
add edi,0x0c ;下一个段项
loop .process_realloc_table
;恢复ebp
pop ebp
;修改入口点的段基址,替换成段选择子
mov eax,[ds:CORE_BASE_ADDR + 0x20]
mov [ds:CORE_BASE_ADDR + 0x08],eax
;传递显存段,栈段,4G数据段的段选择子
mov dword [ds:CORE_BASE_ADDR + 0x40],0x18 ;4g数据段
mov dword [ds:CORE_BASE_ADDR + 0x44],0x20 ;栈段
mov dword [ds:CORE_BASE_ADDR + 0x48],0x10 ;显存段
mov dword [ds:CORE_BASE_ADDR + 0x4c],0x08 ;MBR段
;修改GDT段界限
mov word [ds:MBR_START_ADDR + GDT_SIZE], 71 ;9*8-1
;重载GDT,使其生效
lgdt [ds:MBR_START_ADDR + GDT_SIZE]
;跳转到内核程序中,此程序作废
;CORE_BASE_ADDR + 0x04 是目标程序的入口点, 存放了偏移地址,段选择子
;jmp far 用于段间转移, 将从目标地址处获取6个字节,低地址:偏移地址, 高地址:段选择子
jmp far [ds:CORE_BASE_ADDR + 0x04]
;===================================================================================
;参数: eax 段基址, esi 属性 , ebx 段界限
;返回: edx:eax 描述符 edx 高32位, eax 低32位
;合成一个描述符
;段基址:32位, 段界限:20位
make_gd:
mov edx,eax
shl eax,16 ;保留低16位,用于合成低地址的32位描述符
or ax,bx ;低32位描述符组合完成
and edx,0xffff0000 ;确保高16位基地址
rol edx,8 ;;循环左移, 把高8位移动到低8位
bswap edx ;低8位和高8位交换. 至此高32位中的段基地址处理完成
and ebx,0x000f0000 ;段界限的低16位已经在上面处理完成,只剩高4位是有效位
or edx,ebx ;段界限处理完成
or edx,esi ;合成属性
ret
;===================================================================================
;读取一个扇区
;参数 : eax 逻辑扇区号 (为了减少传参)
;默认写入到 ds:ebx
;需要用到的端口号 0x1f2 ~ 0x1f7 , 0x1f0
;端口 0x1f2 = 设置扇区数量
;LBA28有28位 扇区号
;0x1f3 ~ 0x1f6 设置逻辑扇区号, 这些端口都是8位端口,因此只能传送一个字节来满足28位扇区号
;0x1f6端口只有低4位是端口号,高前3位111表示LBA模式,后1位表示主盘(0)从盘(1)
;0x1f7 用于读写命令,以及读取硬盘状态
;一般情况下先检测0x1f7的状态,检测第7位(是否繁忙)和第3位(准备交换数据)的状态
;即检测 : 1000_1000b 与 0x1f7读取回来的状态, 如果 1000_1000b and 状态 = 0000_1000b 则可以读写
;0x1f0用于读写数据, 这是一个16位端口,一次可以读取2个字节
read_sector:
push eax
push edx
push ecx
;保存扇区号
push eax
;设置扇区数量
mov dx,0x1f2
mov al,1
out dx,al
;设置28位扇区号,端口:0x1f3 ~ 0x1f6
pop eax
inc dx ;0x1f3
out dx,al
inc dx ;0x1f4
shr eax,8
out dx,al
inc dx ;0x1f5
shr eax,8
out dx,al
inc dx ;0x1f6
shr eax,8 ;只有低4位是逻辑扇区号有效位
and al,0000_1111B ;确保高4位0
or al,0xe0 ;最低位:主盘,高3位:LBA模式 , 1110B
out dx,al
inc dx ;0x1f7
mov al,0x20 ;读取命令
out dx,al
;读取硬盘状态
.read_disk_status:
in al,dx ;从0x1f7读取状态
and al,1000_1000b ;是否可以读取? 第3位如果是1则可以读取了
cmp al,0000_1000b ;检测第三位的状态,如果相等说明可以读取
jnz .read_disk_status ;不想等则继续等待
;开始读取扇区,从0x1f0读取数据,这是一个16位端口,一次读取2个字节
mov dx,0x1f0
mov ecx,256 ;一次读取2个字节, 256*2=512
.begin_read:
in ax,dx
mov [ds:ebx],ax ;把读取到的2个字节复制到指定位置
add ebx,2
loop .begin_read
pop ecx
pop edx
pop eax
ret
GDT_SIZE dw 0 ;GDT界限
GDT_BASE dd 0x7e00 ;GDT的起始地址
times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa
文章来源:https://blog.csdn.net/dashoumeixi/article/details/135098096
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