|
在stage2开始的活动中，我们一定要设置好C环境。GRUB下可以自由输入的指令，像kernel、boot、initrd等，都是由C来实现的。这样对保护模式的需求就呼之欲出了，最起码的，C语言通过保护模式实现了更大范围的硬件支持。 |h6, .#n
位于stage2中的asm.s汇编文件更多的是提供了一些基本的汇编子程序，可以称之为GRUB基本函数库。而实模式切换到保护模式的函数ENTRY(real_to_prot)以及保护模式到实模式的ENTRY（prot_to_real）就位于asm.s中。 $W:_ f_%[P
如果程序通过调用ENTRY(real_to_prot)函数切入到保护模式下，那么这个子函数ENTRY(real_to_prot)是怎样具体工作的呢？首要的，是要建立合适的全局描述符表GDT，不要忘了，保护模式之所以不同于实模式首先在于寻址模式的变化。保护模式通过GDT来间接寻找内存地址。GDT标号位于asm.s的末尾，内容当然是要包含各种门描述符和段的描述符。其第一个8字节的位置并不使用。GDT的内容如下： [~0x '_048
***************************************************************** tSpkl 2fs
gdt： EXZ0|h6?1
.word 0, 0 -zh6?#8
.byte 0, 0, 0, 0 ；(GDT的第一个8字节不使用) E6 <G !
.word 0xFFFF, 0 ；代码段描述符，可以看到段界限低16位为0xFFFF WVLF!56
.byte 0, 0x9A, 0xCF, 0 ；第6、7字节为1100111110011010，段界限粒度G为1，段界限高四位都为1，可寻址到0xFFFFF*4K，即4G字节；段基址为0；权限为执行/读， mIM rk] 1
.word 0xFFFF, 0 ；数据段描述符 M;)4BP%b
.byte 0, 0x92, 0xCF, 0 ；权限为读/写 #H |./E 0
.word 0xFFFF, 0 ；16位实模式代码段描述符 w}+?[""{!8
.byte 0, 0x9E, 0, 0 ；段界限粒度G为0，段界限为0xFFFF，可寻址到0xFFFF，即64K字节；段基址为0；权限为执行/读、一致码段 4EF(e,tT
.word 0xFFFF, 0 ；16位实模式数据段描述符 4] PvZ8@
.byte 0, 0x92, 0, 0 ；权限为读/写 ]1 1 >U|
***************************************************************** W9YpFB@
可以看到，GDT一共包含了4个有效的段描述符（包含空描述符的话，一共是5个）。一个段描述符会指出段的32位基地址和20位段界限（即段长）。以第一个有效的段描述符为例，它的形式应该是： [!n #zU&
***************************************************************** 6j Ul[<#
字节 二进制码 >Okk0%K
0 1 1 1 1 1 1 1 1 a )gYGeiz
1 1 1 1 1 1 1 1 1 &Lp6AE[vx
2 0 0 0 0 0 0 0 0 Nf 2Cv;,
3 0 0 0 0 0 0 0 0 z :58go;g
4 0 0 0 0 0 0 0 0 V_]up]Z>X
5 1 0 0 1 1 0 1 0 AGJWwlkj
6 1 1 0 0 1 1 1 1 n'Uo{Q[e
7 0 0 0 0 0 0 0 0 RPm/"`s
***************************************************************** pn)B\IC{
它的含义或者它描述了一个段基址为0x00000000（32位）、段长为0xF0000乘以4k（20位长度在此处表示一个段中的页数，此刻相当于4GB）、存在于内存中、特权级为2的、可读的、系统代码段。更详细的情况可以参考段描述符的格式。其中，第6字节的D位表示缺省操作数的大小。这也是我们称后两个段描述符为伪实模式代码段或数据段的原因。 vqp.3FDB
ENTRY(real_to_prot)函数还使用48位指针gdtdesc指向该GDT。gdtdesc是在asm.s的最后部分，内容如下： 1n B*
**************************************************** y3vd3nER
gdtdesc： X%Y s%<
.word 0x27 ；GDTR界限，可以描述(0x27+1)/8=5个描述符，和上面一致 @@}{C(_
.long gdt ；GDTR基地址，指向gdt B8 EhWxm
**************************************************** >1"votA)
因为我们在ENTRY(real_to_prot)函数中使用lgdt gdtdesc指令将这个gdtdesc（GDT descriptor，GDT描述符）装入到GDTR寄存器中，这是一个48位的寄存器，用来保存GDT的32位基地址和16位GDT的界限（也即长度，除以8字节就得到描述符的数目），此处gdtdesc的内容被装载到GDTR中，含义在上面的注释中。 (#C;EG0%
那么现在实模式到保护模式的第一步（加载全局描述符表）就完成了，接下来需要设置cr0寄存器。其中，cr0的0位是PE位（protected enable），如果置1，则保护模式启动。很明显的，ENTRY(real_to_prot)函数要这么做。通过movl %cro,%eax;orl $CR0_PE_ON,%eax; Z>}ImWD[
movl %eax,%cr0来使cr0寄存器变为0。 (#(,1hX{t
看样子，保护模式已经ok了。然而，gemfield不得不提醒的是，实模式和保护模式中的段寄存器——虽然都为16位，但含义却是不一样的。实模式下，段寄存器装载的是段基址，而在保护模式下，却装载的是索引，对于全局描述符表GDT的索引。因此，如果不对各段寄存器从新设置的话，怎么能够想象保护模式已经诞生了呢？ (I#]T: [
首先cs寄存器比较特殊，它不能通过直接赋值的方法来改变值，一般是通过跳转指令来实现。所以在实模式的最后一条指令执行的时候，其实跳转指令已经被预取到队列中了。在执行完实模式的最后一条指令后，程序切换到保护模式，这条跳转指令就是执行的第一条指令。 dug.i`
gemfield通过ljmp $PROT_MODE_CSEG,$protcseg指令来改变cs的值，$PROT_MODE_C在share.h中被定义为0x8，此处ljmp的含义是程序跳转到cs：ip=0x8：$protcseg的位置，自然的，cs被设置为0000000000001000（16位），那么这个选择子（或者索引值）的含义就是指向GDT的、特权级为0的、是全局描述符表中第2个描述符。这个描述符正是gemfield在本文第四段介绍的那个。那么新的指令地址不就因此而改变了吗？没错，cs指向的描述符给出了0x00000000的段基址，还要和IP这个32位的偏移量相加（$protcseg）,这样新的地址重新指向了protcseg标号。 ^^h 6s*y
那么程序接着从protcseg处开始执行，对ds、es、fs、gs、ss进行重新设置，赋值0x10，与上一段的含义类似，指向GDT中的保护模式数据段描述符。 bJ|]~O?
还有一点很明显的，保护模式并没有对堆栈描述符进行设置，因此对堆栈的操作就显得至关重要了。调用ENTRY(real_to_prot)子函数时程序本来就要进行压栈，现在进入保护模式，就把栈中保存的地址上的数据拿出来放在新栈（protstack）中继续使用，这样ret时原来的数据能继续在保护模式下使用。 Kr&xOg
而从保护模式进入实模式的过程和ENTRY(real_to_prot)类似。首先加载gdtdesc为进入伪实模式做准备(类似于飞船的气闸仓)。然后将保护模式下的堆栈esp内容保存至protstack堆栈中，然后将堆栈中内存地址上的数据放在STACKOFF中，然后设置新的堆栈，也就是STACKOFF，而这个堆栈中已经保存了需要的数据。 <+}[+*kd
接着通过movw $PSEUDO_RM_DSEG,%ax指令将段寄存器设置为0x20，以及下面指令将cs置为$PSEUDO_RM_CSEG(0x18)来将cs设置为0x18，来进行数据段选择符和代码段选择符的索引。然后再将cr0清零，进入实模式。然后再通过ljmp $0,$realcseg来将cs清零，并将IP指向下面的标号realcseg。到此时，我们已经完全进入真正的实模式了，然后将段寄存器清零。开中断，并返回。 I"p 4FV1-
这么一个大气的切换过程确实令人叹为观止，虽然grub中模式的切换有些简单，比如没有加载中断描述符表和局部描述符表等，从而不得不关闭中断。但不管怎样，这样艺术性的代码不可多得，那就让gemfield和大家一起享受这代码之美吧。 z=Uw&7.6]
|
