【5.5节】切换堆栈和GDT分析

    结束了boot和loader,总算进入到了kernel,由于在loader中还留着栈空间和GDT，我们想把它们移到内核，以便于管理和保护。

     值得高兴的是，我们可以用C了，可以减轻一些被汇编的晦涩的折磨。

;kernel.asm

extern Gdt_Ptr
extern Copy_GDT

Selector_Flat_C equ 16

Selector_Flat_RW equ 8

Selector_Video equ 40

[section .bss]

Stack_Space： rebs 2 * 1024

Top_Of_Stack

[section .text]

global _start

_start:
 
 mov ax,Selector_Flat_RW
 mov ds,ax
 mov es,ax

 mov ss,ax
 mov esp,Top_Of_Stack

 sgdt [Gdt_Ptr]
 call Copy_GDT
 lgdt [Gdt_Ptr]
 jmp  Selector_Flat_C:_test
_test:
 mov ax,Selector_Video
 mov gs,ax
 mov ah,0ch
 mov al,99
 mov [gs:(80 * 15) * 2)],ax
 hlt 

    在这里我跟书中的作者不一样，在书中作者在LOADER中没有特别在GDT中安排堆栈段和数据段，原来的GDT请参看loader.asm,直接用Selector_Flat_RW寻址，而在我自己的实现中加入了这两个段，所以在程序的入口必须把ds,es,ss都设置为Selector_Flat_RW，这样就可以在LINUX下编译链接好的ELF格式的汇编和C正确的寻址。在链接的时候命令行中加了这么一个参数：-Ttext 0x30400，简单的类比就是相当于NASM的ORG 30400H.

    接下来划出一个SECTION，大小为2K，用来当作栈空间，把栈顶送ESP，这样就完成一个任务。

    再下来用SGDT指令保存原来的GDTR中的值，保存在Gdt_Ptr,这是在哪个地儿呢，现在还不知道，但用EXTERN命令说明我们保证在链接的时候会找到Gdt_Ptr这个地儿来存放。

    接着就是调用一个函数把在LOADER中的GDT拷贝到内核空间里，这个函数在本KERNEL.ASM中没有写，因为我们把这个函数用C语言写了，同样用EXTERN声明一下，让我们跟随着程序来到盼望已久的C文件：cstart.c

cstart.c

Code:

1. typedef unsigned int  u32;   
2. typedef unsigned short  u16;   
3. typedef unsigned char  u8;   
4.   
5. /* 存储段描述符/系统段描述符 */  
6. typedef struct s_descriptor  /* 共 8 个字节 */  
7. {   
8.  u16 limit_low;  /* Limit */  
9.  u16 base_low;  /* Base */  
10.  u8 base_mid;  /* Base */  
11.  u8 attr1;   /* P(1) DPL(2) DT(1) TYPE(4) */  
12.  u8 limit_high_attr2; /* G(1) D(1) 0(1) AVL(1) LimitHigh(4) */  
13.  u8 base_high;  /* Base */  
14. }DESCRIPTOR;   
15.   
16. void Memory_Copy(void *src,void *des,int len);   
17.   
18. DESCRIPTOR GDT[1024];   
19. char Gdt_Ptr[6];   
20.   
21. void Copy_GDT()   
22. {   
23.  Memory_Copy(*(u32*)(&Gdt_Ptr[2]),&GDT,*(u16*)(&Gdt_Ptr[0]) + 1);   
24.  *(u16*)(&Gdt_Ptr[0]) = 1024 * sizeof(DESCRIPTOR);   
25.  *(u32*)(&Gdt_Ptr[2]) = (u32)(&GDT);   
26. }   

    首先typedef 3个东东，为了一眼扫过去就能看清一个数是几位的。然后定义一个8个字节的DESCRIPTOR结构，这个也无需赘言。然后是Memory_Copy函数的声明，此函数用汇编写成，等会再说。接下来定义1个DESCRIPTOR的结构数组，就是在内核中放置GDT的空间。最后就是在kernel.asm中用到的Gdt_Ptr，是个6字节的空间。

    最后在kernel.asm中调用的Copy_Gdt函数了，首先调用Memory_Copy，参数1是源指针，即使原先GDTR寄存器中指示的GDT的首地址，此地址存放在Gdt_Ptr[2]的连续4个字节中，就需要首先把&Gdt_Ptr强制转换为一个32位的指针，再解引用；参数2是目的指针，直接把GDT的地址传进去；最后是需要拷贝的GDT的字节数，此数据存放在Gdt_Ptr[0]的连续2个字节，也需要强制转换，成为16位的指针。

    拷贝完成后，把新的，在内核中的GDT的地址，和GDT的字节数填充到Gdt_Ptr，使之成为新的将要填充到GDTR中的值，代码也清楚，也无需赘言。

    执行完毕后回到kernel.asm，用lgdt指令来加载新的数据到GDTR中,此时切换GDT的任务也完成了。我们就要测试一下切换是否成功了，用一个jmp来跳转到_test处，可即使成功了还不会有任何反馈。我们在向显存中写入一个c字母，GDT中表示显存的段在GDT中的偏移为40，把它送入gs中，这样如果成功，就会有反馈了。

    附上memory_copy的代码：

 

global Memory_Copy

;Memory_Copy----------------------------------------------------------
;C函数 Mem_Copy(void *esi,void *edi,len ecx)
;ds:esi -> es:edi
;调用前默认ds,es已经填入
Memory_Copy:
 push ebp
 mov ebp,esp
 
 push ebx
 push ecx
 push esi
 push edi
 
 mov ecx,[ebp + 16]
 mov edi,[ebp + 12]
 mov esi,[ebp + 8]

.1:
 cmp ecx,0
 je .2
 mov byte bl,[ds:esi]
 inc esi
 
 mov byte [es:edi],bl
 inc edi
 
 dec ecx
 jmp .1
 
 .2:
 
 pop edi
 pop esi
 pop ecx
 pop ebx
 pop ebp
 
 ret

;end of Memory_Copy---------------------------------------------------

 

  最后的最后，附上结果图：

       打算今晚重新整理代码滴，谁料到一个小小的问题害我调试了一整天，原来在LOADER里的平坦的段（数据）没有设置为32位的段，我又在内核里用它来寻堆栈里的地址。。唉。。教训啊。