X86汇编语言-从实模式到保护模式—笔记（23）-第13章 程序的动态加载和执行（1）

兰陵月

第13章  程序的动态加载和执行

软件分为两个层次，一是操作系统，二是应用（用户）程序。

用户程序只关心问题的解，就是采用各种算法来解决实际问题。至于软件是怎么加载到内存的，怎么定位的，不是它所操心的事。但是，它有义务提供一些必要的信息，来帮助操作系统将自己加载到内存中。

操作系统则必须考虑采用什么方法来加载用户程序，并在适当的时候将处理器的执行流转移到用户代码中去。同时，为了减轻用户程序的工作量，操作系统还应当管理硬件，并提供大量的例程供用户程序使用。比如，显示一个字符串，就不要让用户自己来写代码了，直接调用操作系统的代码即可。但操作系统和用户程序应当协商一种机制，让用户程序能够在使用这些例程时，不必考虑和关心它们的位置。

13.2  内核的结构、功能和加载

【13.2.1 内核的结构】

内核分为四个部分，分别是初始化代码、内核代码段、内核数据段和公共例程段，主引导程序也是初始化代码的组成部分。

初始化代码用于从BIOS那里接管处理器和计算机硬件的控制权，安装最基本的段描述符，初始化最初的执行环境。然后，从硬盘上读取和加载内核的剩余部分，创建组成内核的各个内存段。

内核的代码和数据用于分配内存，读取和加载用户程序，控制用户程序的执行。

内核数据段提供了一段可读可写的空间，供内核自己使用。

公共例程段用于提供各种用途和功能的子过程以简化代码的编写。这些例程既可以用于内核，也供用户程序调用。

除了以上内容外，内核文件还包括一个头部，记录了各个段的汇编位置，这些统计数据用于告诉初始化代码如何加载内存。

本章的硬盘主引导扇区程序和上一章整体上差不多，具体内容略有区别。

1、数据段描述符仍然和上一章一样，段的基本数据为：基地址为0x00000000，段界限为0xFFFFF，粒度为4KB的可读可写向上扩展的段，它是可以访问整个0~4GB内存的。

2、代码段描述符与上一章一样，段的基本数据为：基地址为0x00007C00，界限为0x001FF，粒度为字节的只执行向上扩展的段。

3、堆栈段描述符与上一章一样，段的基本数据为：基地址为0x00007C00，界限为0xFFFFE，粒度为4KB的可读可写向下扩展的段。

4、因为不涉及读写代码段的要求，所以本章没有定义代码段的别名描述符。

5、因为需要在保护模式下在屏幕上显示内容，所以本章增加了显示缓冲区描述符。段的基本数据为：基地址0x000B8000，界限0x07FFF，粒度为字节的可读可写向上扩展的段。

6、因为本程序进入保护模式之后，还涉及到读取硬盘内容，因此还定义了两个常数，一个是core_base_address，值为0x00040000，它是我们设定的内核准备加载至的目的起始内存地址。另外一个是core_start_sector，它的值为0x00000001，它是我们设定的内核程序在硬盘上的起始逻辑扇区号，所以最后程序编译好之后，内核程序应该保存到硬盘上起始逻辑扇区号1的地方。

7、增加了硬盘数据读取过程read_hard_disk_0，每调用一次该过程，读取一个指定扇区号的扇区。

8、增加了一个过程，make_gdt_descriptor，该过程主要根据提供的入口参数构造一个描述符。入口参数：EAX提供段的线性基地址，EBX提供段界限，ECX提供段的属性（各属性位都在原始位置，其他与没用到或者与属性无关的位都置0）。返回：EDX描述符的高32位，EAX描述符的低32位。

在保护模式下，本例程内核程序要正常运行有几个条件：

1、它必须要被主引导扇区程序加载到内存中某个地址范围内；

2、它的各个段的描述符必须在运行前设置好，此时它自己还未运行，由谁来设置呢，当然是由主引导扇区程序来设置；

3、段描述符设置好并安装完成之后，还要再次设置正确的GDT。因为主引导扇区设置GDT的时候，内核程序的段描述符还没有被加进来，内核的段描述符安装完成之后，GDT变长了，所以它的段界限值必须被重新设定为新的正确的值。

4、再次清空流水线并串行化处理器，也就是用一个远程跳转指令，跳转到内核程序的入口点。

只有完成上述工作，内核才能真正开始按照我们设计意愿执行。