• 30天自制操作系统（第21天）

    21.1 攻克难题——字符串显示API

    显示单个字符时，用 [CS:ECX] 的方式特意指定了 CS（代码段寄存器），因此可以成功读取 msg的内容。但在显示字符串时，由于无法指定段地址，程序误以为是 DS而从完全错误的内存地址中读取了内容。hrb_api并不知道代码段的起始位置位于内存的哪个地址，但cmd_app应该知道，因为当初设置这个代码段的正是cmd_app。 
    1. int cmd_app(struct CONSOLE *cons, int *fat, char *cmdline){
    2. 	(中略)
    3. 	if (finfo != 0) {
    4. 		/* 找到了与字符串相同的文件 */
    5.         p = (char *) memman_alloc_4k(memman, finfo->size);
    6. /*这里*/ *((int *) 0xfe8) = (int) p;
    7. 		file_loadfile(finfo->clustno, finfo->size, p, fat, (char *) (ADR_DISKIMG + 0x003e00));
    8. 		set_segmdesc(gdt + 1003, finfo->size - 1, (int) p, AR_CODE32_ER);
    9. 		farcall(0, 1003 * 8);
    10. 		memman_free_4k(memman, (int) p, finfo->size);
    11. 		cons_newline(cons);
    12. 		return 1;
    13. 	}
    14. 	return 0;
    15. }
    16.  
    17. //根据输入参数打印数据 eax为当前字符 ebx为字符串 ecx长度
    18. void hrb_api(int edi, int esi, int ebp, int esp, int ebx, int edx, int ecx, int eax){
    19. /*这里*/int cs_base = *((int *) 0xfe8);
    20. 	struct CONSOLE *cons = (struct CONSOLE *) *((int *) 0x0fec);
    21. 	if(edx == 1)
    22. 		cons_putchar(cons, eax&0xff, 1);
    23. 	else if(edx == 2)
    24. /*这里*/cons_putstr0(cons, (char*)ebx+cs_base);
    25. 	else if(edx == 3)
    26. /*这里*/cons_putstr1(cons, (char*)ebx+cs_base, ecx);
    27. 	return;
    28. }

    21.2 用C语言编写应用程序

    按照之前章节的理解，都是从汇编程序中输入了提前设定的字符才能进行打印，若将其整合成一个函数，当调用该函数时，便可打印岂不是更方便？函数api_putchar就是将输入参数c写入寄存器，并调用INT 0x40，该中断执行文件console.c中的hrb_api函数进行字符打印（详情看20.6节）。
    按照文件分工，hello3.c文件调用了a_nask.nas文件中的函数，需要在Makefile文件中添加如下代码（文件格式请参考30天自制操作系统（第1-3天）中的2.6节）：

    hello3.bim : hello3.obj a_nask.obj Makefile
        $(OBJ2BIM) @$(RULEFILE) out:hello3.bim map:hello3.map hello3.obj a_nask.obj

    hello3.hrb : hello3.bim Makefile
        $(BIM2HRB) hello3.bim hello3.hrb 0

    1. /*                hello3.c                */
    2. void api_putchar(int c);
    3.  
    4. void HariMain(void)
    5. {
    6. 	api_putchar('h');
    7. 	api_putchar('e');
    8. 	api_putchar('l');
    9. 	api_putchar('l');
    10. 	api_putchar('o');
    11. 	return;
    12. }
    13.  
    14. /*                a_nask.nas                */
    15. _api_putchar: ; void api_putchar(int c);
    16. 	MOV 	EDX,1
    17. 	MOV 	AL,[ESP+4] ; c
    18. 	INT 	0x40
    19. 	RET
    20.

    21.3 保护操作系统（1）

    需要为应用程序提供专用的内存空间，并且告诉它们 “ 别的地方不许碰哦 ”。要做到这一点，可以创建应用程序专用的数据段，并在应用程序运行期间，将 DS 和 SS 指向该段地址。
      操作系统用代码段 ……2 * 8
      操作系统用数据段 ……1 * 8
      应用程序用代码段 ……1003 * 8
      应用程序用数据段 ……1004 * 8 
    1. int cmd_app(struct CONSOLE *cons, int *fat, char *cmdline){
    2. 	（中略）
    3. 	char name[18], *p, *q;
    4. 	（中略）
    5. 	if (finfo != 0) {
    6. 		/* 找到了与字符串相同的文件 */
    7. 		p = (char *) memman_alloc_4k(memman, finfo->size);
    8. /*这里*/q = (char *) memman_alloc_4k(memman, 64*1024);
    9. 		*((int *) 0xfe8) = (int) p;
    10. 		file_loadfile(finfo->clustno, finfo->size, p, fat, (char *) (ADR_DISKIMG + 0x003e00));
    11. 		set_segmdesc(gdt + 1003, finfo->size - 1, (int) p, AR_CODE32_ER);
    12. /*这里*/set_segmdesc(gdt + 1004, 64*1024 - 1, (int) q, AR_DATA32_RW);
    13. 		（中略）
    14. /*这里*/start_app(0, 1003 * 8, 64 * 1024, 1004 * 8);
    15. 		memman_free_4k(memman, (int) p, finfo->size);
    16. /*这里*/memman_free_4k(memman, (int) q, 64*1024);
    17. 		cons_newline(cons);
    18. 		return 1;
    19. 	}
    20. 	return 0;
    21. }
    1. ;void start_app(int eip, int cs, int esp, int ds);
    2. ;操作系统栈的ESP保存在0xfe4这个地址，以便从应用程序返回操作系统时使用
    3. _start_app:
    4. 		PUSHAD					;将8个32位寄存器压入栈，即8*(32/8)=32字节
    5. 		MOV		EAX,[ESP+36]	; 应用程序用EIP
    6. 		MOV		ECX,[ESP+40]	; 应用程序用CS
    7. 		MOV		EDX,[ESP+44]	; 应用程序用ESP
    8. 		MOV		EBX,[ESP+48]	; 应用程序用DS/SS
    9. 		MOV 	[0xfe4],ESP 	; 操作系统用ESP
    10. 		CLI 					; 在切换过程中禁止中断请求
    11. 		MOV 	ES,BX
    12. 		MOV 	SS,BX
    13. 		MOV 	DS,BX
    14. 		MOV 	FS,BX
    15. 		MOV 	GS,BX
    16. 		MOV 	ESP,EDX			; ESP为应用程序
    17. 		STI 					; 切换完成后恢复中断请求
    18. 		PUSH 	ECX 			; 用于far-CALL的PUSH(cs=1003*8)
    19. 		PUSH 	EAX 			; 用于far-CALL的PUSH(eip=0)
    20. 		CALL 	FAR [ESP] 		; 调用应用程序
    21. ; 应用程序结束后返回此处
    22. 		MOV 	EAX,1*8 		; 操作系统用DS/SS
    23. 		CLI 					; 再次进行切换，禁止中断请求
    24. 		MOV 	ES,AX
    25. 		MOV 	SS,AX
    26. 		MOV 	DS,AX
    27. 		MOV 	FS,AX
    28. 		MOV 	GS,AX
    29. 		MOV 	ESP,[0xfe4]		; 切换成操作系统ESP
    30. 		STI 					; 切换完成后恢复中断请求
    31. 		POPAD 					; 恢复之前保存的寄存器值
    32. 		RET

    21.4 对异常的支持

    要想强制结束程序，只要在中断号 0x0d 中注册一个函数即可，这是因为在x86架构规范中，当应用程序试图破坏操作系统，或者试图违背操作系统的设置时，就会自动产生 0x0d 中断，因此该中断也被称为 “ 异常”。写一个与 _asm_inthandler20函数大同小异的_asm_inthandler0d函数，与_asm_inthandler20的主要区别在于增加了STI/CLI这样控制中断请求禁止、恢复的指令和根据inthandler0d的结果来执行强制结束应用程序的操作 。 
    1. _asm_inthandler0d:
    2. 		STI
    3. 		PUSH 	ES
    4. 		PUSH 	DS
    5. 		PUSHAD
    6. 		MOV 	AX,SS
    7. 		CMP 	AX,1*8
    8. 		JNE 	.from_app
    9. 		; 当操作系统活动时产生中断的情况和之前差不多
    10. 		MOV 	EAX,ESP
    11. 		PUSH 	SS 				; 保存中断时的SS
    12. 		PUSH 	EAX 			; 保存中断时的ESP
    13. 		MOV 	AX,SS
    14. 		MOV 	DS,AX
    15. 		MOV 	ES,AX
    16. 		CALL 	_inthandler0d
    17. 		ADD 	ESP,8
    18. 		POPAD
    19. 		POP 	DS
    20. 		POP 	ES
    21. 		ADD 	ESP,4 			; 在INT 0x0d中需要这句
    22. 		IRETD
    23. .from_app:
    24. 		; 当应用程序活动时产生中断
    25. 		CLI
    26. 		MOV 	EAX,1*8
    27. 		MOV 	DS,AX 			; 先仅将DS设定为操作系统用
    28. 		MOV 	ECX,[0xfe4] 	; 操作系统的ESP
    29. 		ADD 	ECX,-8
    30. 		MOV 	[ECX+4],SS 		; 保存产生中断时的SS
    31. 		MOV 	[ECX ],ESP 		; 保存产生中断时的ESP
    32. 		MOV 	SS,AX
    33. 		MOV 	ES,AX
    34. 		MOV 	ESP,ECX
    35. 		STI
    36. 		CALL	_inthandler0d
    37. 		CLI
    38. 		CMP 	EAX,0
    39. 		JNE 	.kill
    40. 		POP 	ECX
    41. 		POP 	EAX
    42. 		MOV 	SS,AX 			; 将SS恢复为应用程序用
    43. 		MOV 	ESP,ECX 		; 将ESP恢复为应用程序用
    44. 		POPAD
    45. 		POP 	DS
    46. 		POP 	ES
    47. 		ADD 	ESP,4 			; INT 0x0d需要这句
    48. 		IRETD
    49. .kill:
    50. 		; 将应用程序强制结束
    51. 		MOV 	EAX,1*8 		; 操作系统用的DS/SS
    52. 		MOV 	ES,AX
    53. 		MOV 	SS,AX
    54. 		MOV 	DS,AX
    55. 		MOV 	FS,AX
    56. 		MOV 	GS,AX
    57. 		MOV 	ESP,[0xfe4] 	; 强制返回到start_app时的ESP
    58. 		STI 					; 切换完成后恢复中断请求
    59. 		POPAD 					; 恢复事先保存的寄存器值
    60. 		RET
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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/Amnesiac_seven/article/details/136297138