第13章 程序的动态加载和执行（三，核心代码）

这个核心代码也是本书唯一的一个核心代码，把这个读懂了，本书基本上通了，这个核心代码不难，只是前面知识的综合应用而已，所以用一到两个星期把这个三个程序读熟再进行下面的四章。

怎么样才算是读通了一个代码：把自己的大脑当成CPU，去读每一行代码，能够瞬间理解、跳转，直到整个流程结束；读通之后，再多读几遍读熟。这样才是精读。

1，下面的代码，用户调用内核例程的原理是什么（例程符号的重定位）？

首先内核在核心数据段以表格（C-SALT）的形式指定了所有例程的名字及相应的地址，用户代码在开始自己的程序之前，也以表格（U-SALT）的形式指定了自己要使用的例程（就好比C语言函数前面的函数声明一样，可能不太恰当，但是这两者之间都需要一个名字的重定位问题），在内核把应用程序加载到内存，安装好相应的GD（全局描述符）后，开始重定位用户程序内的符号地址，说是“重定位”，其实就是对比C-SALT和U-SALT两个表格，在C-SLT查找与U-SALT中相应的例程，把相应的地址复制到U-SALT.这样，用户根据“操作系统”为它准备好的U-SALT，根据标号找到相应的例程地址。

2，内核如何重定位用户程序的段（段的重定位）？

学习汇编到此，要明白一个事实，就是汇编代码（.asm）是被编译成机器码（01二进制），然后打包成二进制文件（.bin）后被写入内存的，在这个过程中，.asm中的段标号（段地址）在被加载到内存中就会出现问题，因为.asm被编译成机器码时，是从0地址开始计算各段标号的地址的，当这个机器码被复制到内存的其它地方肯定段地址是有问题的，所以需要重定位一下，所谓的重定位就是这一片机器码放到个内存的某个位置时，这些端标号的地址是什么，这个是很容易计算的，只需要把各段加上加载到内存的初始地址即可。上面这是实模式下的重定位。保护模式下的重定位和上面类似，只是把段标号后的段地址换成选择子。

3，用户的栈段是如何重定位的未细读？

4, 575， 577这两行不甚理解？

5，用户执行完程序后如何回到内核中未细读？

代码如下：

         ;代码清单13-2         ;文件名：c13_core.asm         ;文件说明：保护模式微型核心程序          ;创建日期：2011-10-26 12:11         ;以下常量定义部分。内核的大部分内容都应当固定          core_code_seg_sel     equ  0x38    ;内核代码段选择子         core_data_seg_sel     equ  0x30    ;内核数据段选择子          sys_routine_seg_sel   equ  0x28    ;系统公共例程代码段的选择子          video_ram_seg_sel     equ  0x20    ;视频显示缓冲区的段选择子         core_stack_seg_sel    equ  0x18    ;内核堆栈段选择子         mem_0_4_gb_seg_sel    equ  0x08    ;整个0-4GB内存的段的选择子;-------------------------------------------------------------------------------         ;以下是系统核心的头部，用于加载核心程序          core_length      dd core_end       ;核心程序总长度#00         sys_routine_seg  dd section.sys_routine.start                                            ;系统公用例程段位置#04         core_data_seg    dd section.core_data.start                                            ;核心数据段位置#08         core_code_seg    dd section.core_code.start                                            ;核心代码段位置#0c         core_entry       dd start          ;核心代码段入口点#10                          dw core_code_seg_sel;===============================================================================         [bits 32];===============================================================================SECTION sys_routine vstart=0                ;系统公共例程代码段 ;-------------------------------------------------------------------------------         ;字符串显示例程put_string:                                 ;显示0终止的字符串并移动光标                                             ;输入：DS:EBX=串地址         push ecx  .getc:         mov cl,[ebx]         or cl,cl         jz .exit         call put_char         inc ebx         jmp .getc  .exit:         pop ecx         retf                               ;段间返回;-------------------------------------------------------------------------------put_char:                                   ;在当前光标处显示一个字符,并推进                                            ;光标。仅用于段内调用                                             ;输入：CL=字符ASCII码          pushad         ;以下取当前光标位置         mov dx,0x3d4         mov al,0x0e         out dx,al         inc dx                             ;0x3d5         in al,dx                           ;高字         mov ah,al         dec dx                             ;0x3d4         mov al,0x0f         out dx,al         inc dx                             ;0x3d5         in al,dx                           ;低字         mov bx,ax                          ;BX=代表光标位置的16位数         cmp cl,0x0d                        ;回车符？         jnz .put_0a         mov ax,bx         mov bl,80         div bl         mul bl         mov bx,ax         jmp .set_cursor  .put_0a:         cmp cl,0x0a                        ;换行符？         jnz .put_other         add bx,80         jmp .roll_screen  .put_other:                               ;正常显示字符         push es         mov eax,video_ram_seg_sel          ;0xb8000段的选择子         mov es,eax         shl bx,1         mov [es:bx],cl         pop es         ;以下将光标位置推进一个字符         shr bx,1         inc bx  .roll_screen:         cmp bx,2000                        ;光标超出屏幕？滚屏         jl .set_cursor         push ds         push es         mov eax,video_ram_seg_sel         mov ds,eax         mov es,eax         cld         mov esi,0xa0                       ;小心！32位模式下movsb/w/d          mov edi,0x00                       ;使用的是esi/edi/ecx          mov ecx,1920         rep movsd         mov bx,3840                        ;清除屏幕最底一行         mov ecx,80                         ;32位程序应该使用ECX  .cls:         mov word[es:bx],0x0720         add bx,2         loop .cls         pop es         pop ds         mov bx,1920  .set_cursor:         mov dx,0x3d4         mov al,0x0e         out dx,al         inc dx                             ;0x3d5         mov al,bh         out dx,al         dec dx                             ;0x3d4         mov al,0x0f         out dx,al         inc dx                             ;0x3d5         mov al,bl         out dx,al         popad         ret                                ;-------------------------------------------------------------------------------read_hard_disk_0:                           ;从硬盘读取一个逻辑扇区                                            ;EAX=逻辑扇区号                                            ;DS:EBX=目标缓冲区地址                                            ;返回：EBX=EBX+512         push eax          push ecx         push edx               push eax                  mov dx,0x1f2         mov al,1         out dx,al                          ;读取的扇区数         inc dx                             ;0x1f3         pop eax         out dx,al                          ;LBA地址7~0         inc dx                             ;0x1f4         mov cl,8         shr eax,cl         out dx,al                          ;LBA地址15~8         inc dx                             ;0x1f5         shr eax,cl         out dx,al                          ;LBA地址23~16         inc dx                             ;0x1f6         shr eax,cl         or al,0xe0                         ;第一硬盘  LBA地址27~24         out dx,al         inc dx                             ;0x1f7         mov al,0x20                        ;读命令         out dx,al  .waits:         in al,dx         and al,0x88         cmp al,0x08         jnz .waits                         ;不忙，且硬盘已准备好数据传输          mov ecx,256                        ;总共要读取的字数         mov dx,0x1f0  .readw:         in ax,dx         mov [ebx],ax         add ebx,2         loop .readw         pop edx         pop ecx         pop eax               retf                               ;段间返回 ;-------------------------------------------------------------------------------;汇编语言程序是极难一次成功，而且调试非常困难。这个例程可以提供帮助 put_hex_dword:                              ;在当前光标处以十六进制形式显示                                            ;一个双字并推进光标                                             ;输入：EDX=要转换并显示的数字                                            ;输出：无         pushad         push ds               mov ax,core_data_seg_sel           ;切换到核心数据段          mov ds,ax               mov ebx,bin_hex                    ;指向核心数据段内的转换表         mov ecx,8  .xlt:             rol edx,4         mov eax,edx         and eax,0x0000000f         xlat               push ecx         mov cl,al                                    call put_char         pop ecx                loop .xlt               pop ds         popad         retf      ;-------------------------------------------------------------------------------allocate_memory:                            ;分配内存                                            ;输入：ECX=希望分配的字节数                                            ;输出：ECX=起始线性地址          push ds         push eax         push ebx               mov eax,core_data_seg_sel         mov ds,eax               mov eax,[ram_alloc]         add eax,ecx                        ;下一次分配时的起始地址               ;这里应当有检测可用内存数量的指令                   mov ecx,[ram_alloc]                ;返回分配的起始地址         mov ebx,eax         and ebx,0xfffffffc         add ebx,4                          ;强制对齐          test eax,0x00000003                ;下次分配的起始地址最好是4字节对齐         cmovnz eax,ebx                     ;如果没有对齐，则强制对齐          mov [ram_alloc],eax                ;下次从该地址分配内存                                            ;cmovcc指令可以避免控制转移          pop ebx         pop eax         pop ds         retf;-------------------------------------------------------------------------------set_up_gdt_descriptor:                      ;在GDT内安装一个新的描述符                                            ;输入：EDX:EAX=描述符                                             ;输出：CX=描述符的选择子         push eax         push ebx         push edx               push ds         push es               mov ebx,core_data_seg_sel          ;切换到核心数据段         mov ds,ebx         sgdt [pgdt]                        ;以便开始处理GDT         mov ebx,mem_0_4_gb_seg_sel         mov es,ebx         movzx ebx,word [pgdt]              ;GDT界限          inc bx                             ;GDT总字节数，也是下一个描述符偏移          add ebx,[pgdt+2]                   ;下一个描述符的线性地址                mov [es:ebx],eax         mov [es:ebx+4],edx               add word [pgdt],8                  ;增加一个描述符的大小                  lgdt [pgdt]                        ;对GDT的更改生效                 mov ax,[pgdt]                      ;得到GDT界限值         xor dx,dx         mov bx,8         div bx                             ;除以8，去掉余数         mov cx,ax                                   shl cx,3                           ;将索引号移到正确位置          pop es         pop ds         pop edx         pop ebx         pop eax               retf ;-------------------------------------------------------------------------------make_seg_descriptor:                        ;构造存储器和系统的段描述符                                            ;输入：EAX=线性基地址                                            ;      EBX=段界限                                            ;      ECX=属性。各属性位都在原始                                            ;          位置，无关的位清零                                             ;返回：EDX:EAX=描述符         mov edx,eax         shl eax,16         or ax,bx                           ;描述符前32位(EAX)构造完毕         and edx,0xffff0000                 ;清除基地址中无关的位         rol edx,8         bswap edx                          ;装配基址的31~24和23~16  (80486+)         xor bx,bx         or edx,ebx                         ;装配段界限的高4位         or edx,ecx                         ;装配属性         retf;===============================================================================SECTION core_data vstart=0                  ;系统核心的数据段;-------------------------------------------------------------------------------         pgdt             dw  0             ;用于设置和修改GDT                           dd  0         ram_alloc        dd  0x00100000    ;下次分配内存时的起始地址         ;符号地址检索表         salt:         salt_1           db  '@PrintString'                     times 256-($-salt_1) db 0                          dd  put_string                          dw  sys_routine_seg_sel         salt_2           db  '@ReadDiskData'                     times 256-($-salt_2) db 0                          dd  read_hard_disk_0                          dw  sys_routine_seg_sel         salt_3           db  '@PrintDwordAsHexString'                     times 256-($-salt_3) db 0                          dd  put_hex_dword                          dw  sys_routine_seg_sel         salt_4           db  '@TerminateProgram'                     times 256-($-salt_4) db 0                          dd  return_point                          dw  core_code_seg_sel         salt_item_len   equ $-salt_4         salt_items      equ ($-salt)/salt_item_len         message_1        db  '  If you seen this message,that means we '                          db  'are now in protect mode,and the system '                          db  'core is loaded,and the video display '                          db  'routine works perfectly.',0x0d,0x0a,0         message_5        db  '  Loading user program...',0                  do_status        db  'Done.',0x0d,0x0a,0                  message_6        db  0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0x0d,0x0a                          db  '  User program terminated,control returned.',0         bin_hex          db '0123456789ABCDEF'                                            ;put_hex_dword子过程用的查找表          core_buf   times 2048 db 0         ;内核用的缓冲区         esp_pointer      dd 0              ;内核用来临时保存自己的栈指针              cpu_brnd0        db 0x0d,0x0a,'  ',0         cpu_brand  times 52 db 0         cpu_brnd1        db 0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0;===============================================================================SECTION core_code vstart=0;-------------------------------------------------------------------------------load_relocate_program:                      ;加载并重定位用户程序                                            ;输入：ESI=起始逻辑扇区号                                            ;返回：AX=指向用户程序头部的选择子          push ebx         push ecx         push edx         push esi         push edi               push ds         push es               mov eax,core_data_seg_sel         mov ds,eax                         ;切换DS到内核数据段                mov eax,esi                        ;读取程序头部数据          mov ebx,core_buf                                 call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0         ;以下判断整个程序有多大         mov eax,[core_buf]                 ;程序尺寸         mov ebx,eax         and ebx,0xfffffe00                 ;使之512字节对齐（能被512整除的数，          add ebx,512                        ;低9位都为0          test eax,0x000001ff                ;程序的大小正好是512的倍数吗?          cmovnz eax,ebx                     ;不是。使用凑整的结果                mov ecx,eax                        ;实际需要申请的内存数量         call sys_routine_seg_sel:allocate_memory         mov ebx,ecx                        ;ebx -> 申请到的内存首地址         push ebx                           ;保存该首地址          xor edx,edx         mov ecx,512         div ecx         mov ecx,eax                        ;总扇区数                mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel         ;切换DS到0-4GB的段         mov ds,eax         mov eax,esi                        ;起始扇区号   .b1:         call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0         inc eax         loop .b1                           ;循环读，直到读完整个用户程序         ;建立程序头部段描述符         pop edi                            ;恢复程序装载的首地址          mov eax,edi                        ;程序头部起始线性地址         mov ebx,[edi+0x04]                 ;段长度         dec ebx                            ;段界限          mov ecx,0x00409200                 ;字节粒度的数据段描述符         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor         mov [edi+0x04],cx                            ;建立程序代码段描述符         mov eax,edi         add eax,[edi+0x14]                 ;代码起始线性地址         mov ebx,[edi+0x18]                 ;段长度         dec ebx                            ;段界限         mov ecx,0x00409800                 ;字节粒度的代码段描述符         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor         mov [edi+0x14],cx         ;建立程序数据段描述符         mov eax,edi         add eax,[edi+0x1c]                 ;数据段起始线性地址         mov ebx,[edi+0x20]                 ;段长度         dec ebx                            ;段界限         mov ecx,0x00409200                 ;字节粒度的数据段描述符         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor         mov [edi+0x1c],cx         ;建立程序堆栈段描述符         mov ecx,[edi+0x0c]                 ;4KB的倍率          mov ebx,0x000fffff         sub ebx,ecx                        ;得到段界限         mov eax,4096                                 mul dword [edi+0x0c]                                  mov ecx,eax                        ;准备为堆栈分配内存          call sys_routine_seg_sel:allocate_memory         add eax,ecx                        ;得到堆栈的高端物理地址          mov ecx,0x00c09600                 ;4KB粒度的堆栈段描述符         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor         mov [edi+0x08],cx         ;重定位SALT         mov eax,[edi+0x04]         mov es,eax                         ;es -> 用户程序头部          mov eax,core_data_seg_sel         mov ds,eax               cld         mov ecx,[es:0x24]                  ;用户程序的SALT条目数         mov edi,0x28                       ;用户程序内的SALT位于头部内0x2c处  .b2:          push ecx         push edi               mov ecx,salt_items         mov esi,salt  .b3:         push edi         push esi         push ecx         mov ecx,64                         ;检索表中，每条目的比较次数          repe cmpsd                         ;每次比较4字节          jnz .b4         mov eax,[esi]                      ;若匹配，esi恰好指向其后的地址数据         mov [es:edi-256],eax               ;将字符串改写成偏移地址          mov ax,[esi+4]         mov [es:edi-252],ax                ;以及段选择子   .b4:               pop ecx         pop esi         add esi,salt_item_len         pop edi                            ;从头比较          loop .b3               pop edi         add edi,256         pop ecx         loop .b2         mov ax,[es:0x04]         pop es                             ;恢复到调用此过程前的es段          pop ds                             ;恢复到调用此过程前的ds段               pop edi         pop esi         pop edx         pop ecx         pop ebx               ret      ;-------------------------------------------------------------------------------start:         mov ecx,core_data_seg_sel           ;使ds指向核心数据段          mov ds,ecx         mov ebx,message_1         call sys_routine_seg_sel:put_string                                                  ;显示处理器品牌信息          mov eax,0x80000002         cpuid         mov [cpu_brand + 0x00],eax         mov [cpu_brand + 0x04],ebx         mov [cpu_brand + 0x08],ecx         mov [cpu_brand + 0x0c],edx               mov eax,0x80000003         cpuid         mov [cpu_brand + 0x10],eax         mov [cpu_brand + 0x14],ebx         mov [cpu_brand + 0x18],ecx         mov [cpu_brand + 0x1c],edx         mov eax,0x80000004         cpuid         mov [cpu_brand + 0x20],eax         mov [cpu_brand + 0x24],ebx         mov [cpu_brand + 0x28],ecx         mov [cpu_brand + 0x2c],edx         mov ebx,cpu_brnd0         call sys_routine_seg_sel:put_string         mov ebx,cpu_brand         call sys_routine_seg_sel:put_string         mov ebx,cpu_brnd1         call sys_routine_seg_sel:put_string         mov ebx,message_5         call sys_routine_seg_sel:put_string         mov esi,50                          ;用户程序位于逻辑50扇区          call load_relocate_program               mov ebx,do_status         call sys_routine_seg_sel:put_string               mov [esp_pointer],esp               ;临时保存堆栈指针                mov ds,ax               jmp far [0x10]                      ;控制权交给用户程序（入口点）                                             ;堆栈可能切换 return_point:                                ;用户程序返回点         mov eax,core_data_seg_sel           ;使ds指向核心数据段         mov ds,eax         mov eax,core_stack_seg_sel          ;切换回内核自己的堆栈         mov ss,eax          mov esp,[esp_pointer]         mov ebx,message_6         call sys_routine_seg_sel:put_string         ;这里可以放置清除用户程序各种描述符的指令         ;也可以加载并启动其它程序                hlt            ;===============================================================================SECTION core_trail;-------------------------------------------------------------------------------core_end: