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#00sys_routine_seg  dd section.sys_routine.start;系统公用例程段位置#04core_data_seg    dd section.core_data.start;核心数据段位置#08core_code_seg    dd section.core_code.start;核心代码段位置#0ccore_entry       dd start          ;核心代码段入口点#10dw 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,cljz .exitcall put_charinc ebxjmp .getc.exit:pop ecxretf                               ;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,0x3d4mov al,0x0eout dx,alinc dx                             ;0x3d5in al,dx                           ;高字mov ah,aldec dx                             ;0x3d4mov al,0x0fout dx,alinc dx                             ;0x3d5in 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_0amov ax,bxmov bl,80div blmul blmov bx,axjmp .set_cursor.put_0a:cmp cl,0x0a                        ;换行符？jnz .put_otheradd bx,80jmp .roll_screen.put_other:                               ;正常显示字符push esmov eax,video_ram_seg_sel          ;0xb8000段的选择子mov es,eaxshl bx,1mov [es:bx],clpop es;以下将光标位置推进一个字符shr bx,1inc bx.roll_screen:cmp bx,2000                        ;光标超出屏幕？滚屏jl .set_cursorpush dspush esmov eax,video_ram_seg_selmov ds,eaxmov es,eaxcldmov esi,0xa0                       ;小心！32位模式下movsb/w/d mov edi,0x00                       ;使用的是esi/edi/ecx mov ecx,1920rep movsdmov 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],0x0720add bx,2loop .clspop espop dsmov bx,1920.set_cursor:mov dx,0x3d4mov al,0x0eout dx,alinc dx                             ;0x3d5mov al,bhout dx,aldec dx                             ;0x3d4mov al,0x0fout dx,alinc dx                             ;0x3d5mov al,blout dx,alpopadret                                ;-------------------------------------------------------------------------------
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+512push eax push ecxpush edxpush eaxmov dx,0x1f2mov al,1out dx,al                          ;读取的扇区数inc dx                             ;0x1f3pop eaxout dx,al                          ;LBA地址7~0inc dx                             ;0x1f4mov cl,8shr eax,clout dx,al                          ;LBA地址15~8inc dx                             ;0x1f5shr eax,clout dx,al                          ;LBA地址23~16inc dx                             ;0x1f6shr eax,clor al,0xe0                         ;第一硬盘  LBA地址27~24out dx,alinc dx                             ;0x1f7mov al,0x20                        ;读命令out dx,al.waits:in al,dxand al,0x88cmp al,0x08jnz .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,dxmov [ebx],axadd ebx,2loop .readwpop edxpop ecxpop eaxretf                               ;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pushadpush dsmov ax,core_data_seg_sel           ;切换到核心数据段 mov ds,axmov ebx,bin_hex                    ;指向核心数据段内的转换表mov ecx,8.xlt:    rol edx,4mov eax,edxand eax,0x0000000fxlatpush ecxmov cl,al                           call put_charpop ecxloop .xltpop dspopadretf;-------------------------------------------------------------------------------
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 dspush eaxpush ebxmov eax,core_data_seg_selmov ds,eaxmov 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,eaxand ebx,0xfffffffcadd 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 ebxpop eaxpop dsretf;-------------------------------------------------------------------------------
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 eaxpush ebxpush edxpush dspush esmov ebx,core_data_seg_sel          ;切换到核心数据段mov ds,ebxsgdt [pgdt]                        ;以便开始处理GDTmov ebx,mem_0_4_gb_seg_selmov es,ebxmovzx 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],eaxmov [es:ebx+4],edxadd 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,dxmov bx,8div 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 espop dspop edxpop ebxpop eaxretf 
;-------------------------------------------------------------------------------
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,eaxshl eax,16or 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,8bswap edx                          ;装配基址的31~24和23~16  (80486+)xor bx,bxor 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  0ram_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-($-salt_1) db 0dd  put_stringdw  sys_routine_seg_selsalt_2           db  '@ReadDiskData'times 256-($-salt_2) db 0dd  read_hard_disk_0dw  sys_routine_seg_selsalt_3           db  '@PrintDwordAsHexString'times 256-($-salt_3) db 0dd  put_hex_dworddw  sys_routine_seg_selsalt_4           db  '@TerminateProgram'times 256-($-salt_4) db 0dd  return_pointdw  core_code_seg_selsalt_item_len   equ $-salt_4salt_items      equ ($-salt)/salt_item_lenmessage_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,0message_5        db  '  Loading user program...',0do_status        db  'Done.',0x0d,0x0a,0message_6        db  0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0x0d,0x0adb  '  User program terminated,control returned.',0bin_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,'  ',0cpu_brand  times 52 db 0cpu_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 ebxpush ecxpush edxpush esipush edipush dspush esmov eax,core_data_seg_selmov 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,eaxand 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_memorymov ebx,ecx                        ;ebx -> 申请到的内存首地址push ebx                           ;保存该首地址 xor edx,edxmov ecx,512div ecxmov ecx,eax                        ;总扇区数 mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel         ;切换DS到0-4GB的段mov ds,eaxmov eax,esi                        ;起始扇区号 .b1:call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0inc eaxloop .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_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [edi+0x04],cx                   ;建立程序代码段描述符mov eax,ediadd 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_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [edi+0x14],cx;建立程序数据段描述符mov eax,ediadd 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_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [edi+0x1c],cx;建立程序堆栈段描述符mov ecx,[edi+0x0c]                 ;4KB的倍率 mov ebx,0x000fffffsub 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_memoryadd 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_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [edi+0x08],cx;重定位SALTmov eax,[edi+0x04]mov es,eax                         ;es -> 用户程序头部 mov eax,core_data_seg_selmov ds,eaxcldmov 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 ecxpush edimov ecx,salt_itemsmov esi,salt.b3:push edipush esipush ecxmov ecx,64                         ;检索表中，每条目的比较次数 repe cmpsd                         ;每次比较4字节 jnz .b4mov 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 ecxpop esiadd esi,salt_item_lenpop edi                            ;从头比较 loop .b3pop ediadd edi,256pop ecxloop .b2mov 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 edipop esipop edxpop ecxpop ebxret;-------------------------------------------------------------------------------
start:mov ecx,core_data_seg_sel           ;使ds指向核心数据段 mov ds,ecxmov ebx,message_1call sys_routine_seg_sel:put_string;显示处理器品牌信息 mov eax,0x80000002cpuidmov [cpu_brand + 0x00],eaxmov [cpu_brand + 0x04],ebxmov [cpu_brand + 0x08],ecxmov [cpu_brand + 0x0c],edxmov eax,0x80000003cpuidmov [cpu_brand + 0x10],eaxmov [cpu_brand + 0x14],ebxmov [cpu_brand + 0x18],ecxmov [cpu_brand + 0x1c],edxmov eax,0x80000004cpuidmov [cpu_brand + 0x20],eaxmov [cpu_brand + 0x24],ebxmov [cpu_brand + 0x28],ecxmov [cpu_brand + 0x2c],edxmov ebx,cpu_brnd0call sys_routine_seg_sel:put_stringmov ebx,cpu_brandcall sys_routine_seg_sel:put_stringmov ebx,cpu_brnd1call sys_routine_seg_sel:put_stringmov ebx,message_5call sys_routine_seg_sel:put_stringmov esi,50                          ;用户程序位于逻辑50扇区 call load_relocate_programmov ebx,do_statuscall sys_routine_seg_sel:put_stringmov [esp_pointer],esp               ;临时保存堆栈指针mov ds,axjmp 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,eaxmov 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_6call 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: