程序的加载和执行（四）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记24
程序的加载和执行（四）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记24
通过本文能学到什么？
- 怎样跳转到用户程序
- 用户程序通过调用内核过程完成自己的功能
- 怎样从用户程序返回到内核
接着上篇博文说。
1.跳转到用户程序
截取内核程序的后半部分代码(文件名：c13_core.asm)：
570 call load_relocate_program
571
572 mov ebx,do_status
573 call sys_routine_seg_sel:put_string
574
575 mov [esp_pointer],esp ;临时保存堆栈指针
576
577 mov ds,ax
578
579 jmp far [0x10] ;控制权交给用户程序（入口点）
580 ;堆栈可能切换
581
582 return_point: ;用户程序返回点
583 mov eax,core_data_seg_sel ;使ds指向核心数据段
584 mov ds,eax
585
586 mov eax,core_stack_seg_sel ;切换回内核自己的堆栈
587 mov ss,eax
588 mov esp,[esp_pointer]
589
590 mov ebx,message_6
591 call sys_routine_seg_sel:put_string
592
593 ;这里可以放置清除用户程序各种描述符的指令
594 ;也可以加载并启动其它程序
595
596 hlt
597 570:调用过程load_relocate_program,关于此过程的详细讲解，可以参考我的博文：
程序的加载和执行（二）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记22
程序的加载和执行（三）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记23
在这个过程的末尾，有
517 mov ax,[es:0x04]注意，这时候ES是用户头部段的选择子，如下图所示，这句话就是取出头部偏移0x04处的头部段选择子，赋值给AX；
其实这么做有点绕弯子，因为ES自身的值就是头部段选择子，所以这句话可以修改为：
mov ax,es也就是说，这个过程把用户程序头部段的选择子保存在AX中，作为返回参数。
再复习一下这个过程的输入和返回参数。
387 load_relocate_program: ;加载并重定位用户程序
388 ;输入：ESI=起始逻辑扇区号
389 ;返回：AX=指向用户程序头部的选择子 572~573：调用过程put_string,在屏幕上输出”Done.”,并且换行，表示加载和重定位工作已经完成。
369 do_status db 'Done.',0x0d,0x0a,0575:通过把当前ESP的值写入内核数据段来保存内核的栈指针。内核数据段第378行，保留了一个双字，专门用来保存内核栈指针。
378 esp_pointer dd 0 ;内核用来临时保存自己的栈指针 当内核把控制权交给用户程序后，用户程序应该切换到自己的栈。当从用户程序返回到内核的时候，内核需要从这个内存位置还原自己的栈指针。
577：将用户头部段的选择子传送到DS,也就是说用户程序应该明白，从内核那里接过控制权的时候，DS指向了用户程序的头部段。
579：如上图所示，偏移0x10处，绿色部分就是用户程序的入口。一个华丽的间接远转移，终于跳到了用户程序。
2.用户程序的执行
截取用户程序的部分代码(文件名：c13.asm)。
7 SECTION header vstart=0
8
9 program_length dd program_end ;程序总长度#0x00
10
11 head_len dd header_end ;程序头部的长度#0x04
12
13 stack_seg dd 0 ;用于接收堆栈段选择子#0x08
14 stack_len dd 1 ;程序建议的堆栈大小#0x0c
15 ;以4KB为单位
16
17 prgentry dd start ;程序入口#0x10
18 code_seg dd section.code.start ;代码段位置#0x14
19 code_len dd code_end ;代码段长度#0x18
20
21 data_seg dd section.data.start ;数据段位置#0x1c
22 data_len dd data_end ;数据段长度#0x2040 ;===============================================================================
41 SECTION data vstart=0
42
43 buffer times 1024 db 0 ;缓冲区
44
45 message_1 db 0x0d,0x0a,0x0d,0x0a
46 db '**********User program is runing**********'
47 db 0x0d,0x0a,0
48 message_2 db ' Disk data:',0x0d,0x0a,0
49
50 data_end:
51
52 ;===============================================================================
53 [bits 32]
54 ;===============================================================================
55 SECTION code vstart=0
56 start:
57 mov eax,ds
58 mov fs,eax
59
60 mov eax,[stack_seg]
61 mov ss,eax
62 mov esp,0
63
64 mov eax,[data_seg]
65 mov ds,eax
66
67 mov ebx,message_1
68 call far [fs:PrintString]
69
70 mov eax,100 ;逻辑扇区号100
71 mov ebx,buffer ;缓冲区偏移地址
72 call far [fs:ReadDiskData] ;段间调用
73
74 mov ebx,message_2
75 call far [fs:PrintString]
76
77 mov ebx,buffer
78 call far [fs:PrintString] ;too.
79
80 jmp far [fs:TerminateProgram] ;将控制权返回到系统
81
82 code_end:用户程序从第57行开始执行。注意，此时DS指向用户程序的头部段。
57~58：把DS赋值给FS,令FS指向头部段。因为后面要令DS指向用户程序的数据段。
60~62：用户栈段的初始化，并且令ESP=0；这样就完成了栈的切换。
64~65：令DS指向用户数据段。
67~68：调用内核提供的例程put_string；本质上是一个16位间接绝对远调用。
24;-------------------------------------------------------------------------------
25 ;符号地址检索表
26 salt_items dd (header_end-salt)/256 ;#0x24
27
28 salt: ;#0x28
29 PrintString db '@PrintString'
30 times 256-($-PrintString) db 0
31
32 TerminateProgram db '@TerminateProgram'
33 times 256-($-TerminateProgram) db 0
34
35 ReadDiskData db '@ReadDiskData'
36 times 256-($-ReadDiskData) db 0当内核对用户程序的符号表完成重定位后，PrintString处就拥有了内核例程put_string的入口地址（低地址处是4字节的偏移地址，高地址处是2字节的段选择子）；
80 jmp far [fs:TerminateProgram] ;将控制权返回到系统执行这条指令的时候，处理器根据[fs:TerminateProgram]进行内存寻址，得到偏移地址和段选择子，然后压栈CS，再压栈EIP，再然后把刚才取得的偏移地址和段选择子赋值给EIP和CS，于是程序的执行流就转移到内核代码段中的put_string过程了。说得通俗点，就是用户程序调用了内核的代码，完成了自己的功能。这有点像Linux中的系统调用。
如果你对call far指令不熟悉的话，可以参考我的博文：
call、ret、retf 指令详解
70~72：调用内核过程read_hard_disk_0,从硬盘读取一个扇区。
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+512用户程序传入的逻辑扇区号是100，当然这个值也可以是别的，这里仅仅是举个例子。目标缓冲区地址是数据段内buffer标号处，这里定义了1024字节的0。为了用户程序可以顺利运行并且能看到效果，我们需要在100扇区写点东西。在配书代码中，提供了一个文本文件diskdata.txt,它的大小刚好是512字节。用UltraEdit软件打开后，如下图所示：
可以看到，这个文本刚好是512字节，最后一个字节是字符]；
77~78：显示从刚才硬盘读出来的内容。
有一个细节需要说明，内核过程put_string要求字符串必须以0终止，不然会无尽地显示下去。可是我们这个文件是以]结尾的，这是否会影响显示呢？答案是不会。因为目标缓冲区buffer标号处，定义了1024字节的0，当把目标文件读到这里后，前512字节被覆盖，字符]后面有512个0，所以显示到]为止。
到这个时候，用户程序的工作算是完成了，但是还差最后一步，把控制权交给系统。
3.返回到内核
80：一个潇洒的jmp far,跳到内核过程return_point,以把控制权返回给内核。注意，jmp和call的区别是：前者有去无回，后者有去有回。
我们再穿越到内核的代码：
582 return_point: ;用户程序返回点
583 mov eax,core_data_seg_sel ;使ds指向核心数据段
584 mov ds,eax
585
586 mov eax,core_stack_seg_sel ;切换回内核自己的堆栈
587 mov ss,eax
588 mov esp,[esp_pointer]
589
590 mov ebx,message_6
591 call sys_routine_seg_sel:put_string
592
593 ;这里可以放置清除用户程序各种描述符的指令
594 ;也可以加载并启动其它程序
595
596 hlt583~584：DS重新指向内核数据段；
586~588：切换到内核的栈，并恢复之前保存的ESP的值。
对于一个内核来说，接下来应该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。不过因为是初学，我们就不搞那么复杂了，于是596行，让处理器处于停机状态。从此世界安静了。
下一篇博文，我们会讲本章代码的编译、运行和调试。敬请期待……