x86汇编语言学习：第十三章 程序的动态加载和执行

本章目标

1. 了解保护模式是为操作系统提供的技术，并没有给普通应用程序的编程带来负担。
2. 学习操作系统在保护模式下加载和重定位应用程序的一般原理，学习简单的内存动态分配，了解应用程序接口API的简单原理，学习字符串的比较算法。
3. 学习若干x86处理器的新指令，包括bswap，cpuid，cmovcc，sgdt，movzx，movsx，cmpsb，cmpsw，cmpsd和xlat等。

13.1 代码清单

c13_mbr.asm

c13_core.asm

c13.asm

13.2 内核的结构，功能和加载

13.2.1 内核的结构

内核代码分为4个部分，分别是初始化代码，内核代码段，内核数据段，公共例程段，主引导程序也是初始化代码的组成部分

13.2.2 内核的加载

定义全局描述符后（GDT）后，将内核代码从硬盘读到内存中

13.2.3 安装内核的段描述符

就是根据各个段的起始地址，结束地址组装成一个段描述符，然后写到GDT中

13.3 在内核中执行

内核代码的主要执行流程：打印欢迎信息到界面上

13.3.1 cpuid指令（CPU Identification）

用于返回处理器的标识和特性信息。

• EAX用于指定要返回什么样的信息，也就是功能，有时还要用到ECX寄存器
• 返回结果放在EAX、EBX、ECX或者EDX中 例如：

  mov eax, 0
  cpuid
  

  EAX中写0表示要探测处理器最大能支持的功能号。 处理器执行后，将在EAX寄存器返回最大可以支持的功能号。同时，还在EBX、ECX和EDX中返回处理器供应商的信息。对于Intel处理器，返回的信息如下：

  EBX <----- 0x756E6547  (对应字符串“Genu”，“G”在BL中，其他类推)
  EDX <----- 0x49656E69 （对应字符串“ineI”，“i”在DL中，其他类推）
  ECX <----- 0x6C65746E  (对应字符创“ntel”，“n”在CL中，其他类推)
  

13.4 用户程序的加载和重定位

内核的主要任务就是加载和执行用户程序

13.4.1 用户程序的结构

文件头是必须的。 用户程序必须符合规定的格式，才能被内核识别和加载。通常，流行的操作系统会规定自己的可执行文件格式，一般比较复杂，这种复杂性和操作系统自身的复杂性是息息相关的。即文件头。 事实上，即使是大多数的汇编语言，也不需要亲自构造文件头，那是链接器的工作。

13.4.2 计算用户程序占用的扇区数量

解释内13-2的内核代码load_relocate_program部分代码

cmovcc指令

• 条件传送指令是条件转移指令和传送指令相结合的产物。
• 目的操作数：只允许16位或者32位通用寄存器
• 源操作数：和目的操作数相同宽度的通用寄存器和内存单元

  cmovz ax, cx ；为零则传送
  cmovnz eax, [0x2000] ；不为零则传送
  cmove ebx, ecx ；相等则传送
  cmovng cx, [0x1000] ；不大于则传送
  cmovl edx, ecx ；小于则传送
  

13.4.3 简单的动态内存分配

将用户程序从硬盘读到内存中之后，需要制定一个内存区域，然后把程序加载那里。如果要加载的程序很多，这就会成为一个需要仔细规划的工作，这就是内存管理。 在流行的操作系统里，内存管理是一项重要而又严肃的工作。

13.4.4 段的重定位和描述符的创建

读取用户程序头部信息，根据这些信息创建头部段描述符。 唯一不同的是栈段，栈所用的空间不需要用户程序提供，而是内核动态分配。

sgdt指令（Store Global Descriptor Table Register）

• 用于将GDTR寄存器的基地址和边界信息保存到制定的内存位置
• 指令格式

  sgdt m
  ；m是一个6字节内存区域的首地址。该地址不影响任何标志位。
  

movzx指令（Move with Zero-Extend）

• 带零扩展的传送
• 目的操作数：16位或者32位的通用寄存器
• 源操作数：8位或者16位的通用寄存器，8位或者16位内存单元地址

  movzx r16, r/m8
  movzx r32, r/m8
  movzx r32, r/m16
  

movsx指令（Move with Sign-Extension）

• 带符号扩展的传送

  movsx r16, r/m8
  movsx r32, r/m8
  movsx r32, r/m16
  

13.4.5 重定位用户程序内的符号地址

在用户程序头部的符号地址处，填入该内核函数在内核中的位置，即重定位。

cmps指令（Compare String Operands）

• 字符串比较指令
• 16位模式下，源字符串的首地址由DS：SI指定，目的字符串的首地址由ES：DI指定；在32位模式下，则分别是DS：ESI和ES：EDI
• cmp指令的操作是把两个操作数相减，然后根据结果设置标志寄存器中相应的标志位
• 标志寄存器EFLAGS中的DF位决定了字符串的比较方向：DF=0表明是正向比较；DF=1表明是反向比较
• cmps指令，需要加指令前缀rep进行连续比较，连续次数由CX（ECX）寄存器控制

repe/repz用于搜索第一个不匹配的字节、字或者双字，repne/repnz用于搜索第一个匹配的字节、字或者双字。无论如何，匹配和不匹配的位置分别由(E)SI和(E)DI寄存器指示

13.5 执行用户程序

用户程序执行完成之后，还要调用内核的过程，以返回到内核。 对于操作系统而言，之后的任务是回收前一个用户程序所占用的内存，并启动下一个用户程序。

13.6 代码的编译、运行和调试

// TODO