《Orange’s 一个操作系统的实现》3.保护模式7-特权级转移(通过调用门转移目标段-无特权级转换)
在上次的代码基础上,添加一个代码段作为通过调用门转移的目标段。了解一下调用的工作方法,代码分析如下:
<<红色标识部分为新增代码>>
; ==========================================
; pmtest4.asm
; 编译方法：nasm pmtest4.asm -o pmtest4.com
; ==========================================%include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些说明
org 0100h
jmp LABEL_BEGIN[SECTION .gdt]
; GDT
; 段基址, 段界限 , 属性
LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符
LABEL_DESC_NORMAL: Descriptor 0, 0ffffh, DA_DRW ; Normal 描述符
LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len-1, DA_C+DA_32; 非一致代码段,32
LABEL_DESC_CODE16: Descriptor 0, 0ffffh, DA_C ; 非一致代码段,16
LABEL_DESC_CODE_DEST: Descriptor 0,SegCodeDestLen-1, DA_C+DA_32; 非一致代码段,32;目标代码描述符
LABEL_DESC_DATA: Descriptor 0, DataLen-1, DA_DRW ; Data
LABEL_DESC_STACK: Descriptor 0, TopOfStack, DA_DRWA+DA_32;Stack, 32 位
LABEL_DESC_LDT: Descriptor 0, LDTLen-1, DA_LDT ; LDT
LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW ; 显存首地址; 门 目标选择子,偏移,DCount, 属性
LABEL_CALL_GATE_TEST: Gate SelectorCodeDest, 0, 0, DA_386CGate+DA_DPL0;调用门描述符DPL=0; GDT 结束
GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDT长度
GdtPtr dw GdtLen - 1 ; GDT界限
dd 0 ; GDT基地址; GDT 选择子
SelectorNormal equ LABEL_DESC_NORMAL - LABEL_GDT
SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT
SelectorCode16 equ LABEL_DESC_CODE16 - LABEL_GDT
SelectorCodeDest equ LABEL_DESC_CODE_DEST - LABEL_GDT;目标代码选择子
SelectorData equ LABEL_DESC_DATA - LABEL_GDT
SelectorStack equ LABEL_DESC_STACK - LABEL_GDT
SelectorLDT equ LABEL_DESC_LDT - LABEL_GDT
SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDTSelectorCallGateTest equ LABEL_CALL_GATE_TEST - LABEL_GDT;调用门选择子
; END of [SECTION .gdt][SECTION .data1] ; 数据段
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_DATA:
SPValueInRealMode dw 0
; 字符串
PMMessage: db "In Protect Mode now. ^-^", 0 ; 进入保护模式后显示此字符串
OffsetPMMessage equ PMMessage - $$
StrTest: db "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", 0
OffsetStrTest equ StrTest - $$
DataLen equ $ - LABEL_DATA
; END of [SECTION .data1]; 全局堆栈段
[SECTION .gs]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_STACK:
times 512 db 0TopOfStack equ $ - LABEL_STACK - 1
; END of [SECTION .gs]
[SECTION .s16]
[BITS 16]
LABEL_BEGIN:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, 0100hmov [LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax
mov [SPValueInRealMode], sp; 初始化 16 位代码段描述符
mov ax, cs
movzx eax, ax
shl eax, 4
add eax, LABEL_SEG_CODE16
mov word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al
mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah; 初始化 32 位代码段描述符
xor eax, eax
mov ax, cs
shl eax, 4
add eax, LABEL_SEG_CODE32
mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al
mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah; 初始化测试调用门的代码段描述符
xor eax, eax
mov ax, cs
shl eax, 4
add eax, LABEL_SEG_CODE_DEST
mov word [LABEL_DESC_CODE_DEST + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_CODE_DEST + 4], al
mov byte [LABEL_DESC_CODE_DEST + 7], ah; 初始化数据段描述符
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_DATA
mov word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al
mov byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah; 初始化堆栈段描述符
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_STACK
mov word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al
mov byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah; 初始化 LDT 在 GDT 中的描述符
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_LDT
mov word [LABEL_DESC_LDT + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_LDT + 4], al
mov byte [LABEL_DESC_LDT + 7], ah; 初始化 LDT 中的描述符
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_CODE_A
mov word [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 4], al
mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 7], ah; 为加载 GDTR 作准备
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_GDT ; eax <- gdt 基地址
mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址; 加载 GDTR
lgdt [GdtPtr]; 关中断
cli; 打开地址线A20
in al, 92h
or al, 00000010b
out 92h, al; 准备切换到保护模式
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax; 真正进入保护模式
jmp dword SelectorCode32:0 ; 执行这一句会把 SelectorCode32 装入 cs, 并跳转到 Code32Selector:0 处;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
LABEL_REAL_ENTRY: ; 从保护模式跳回到实模式就到了这里
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, axmov sp, [SPValueInRealMode]
in al, 92h ; ┓
and al, 11111101b ; ┣ 关闭 A20 地址线
out 92h, al ; ┛sti ; 开中断
mov ax, 4c00h ; ┓
int 21h ; ┛回到 DOS
; END of [SECTION .s16][SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.
[BITS 32]LABEL_SEG_CODE32:
mov ax, SelectorData
mov ds, ax ; 数据段选择子
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子mov ax, SelectorStack
mov ss, ax ; 堆栈段选择子mov esp, TopOfStack
; 下面显示一个字符串
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
xor esi, esi
xor edi, edi
mov esi, OffsetPMMessage ; 源数据偏移
mov edi, (80 * 10 + 0) * 2 ; 目的数据偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。
cld
.1:
lodsb
test al, al
jz .2
mov [gs:edi], ax
add edi, 2
jmp .1
.2: ; 显示完毕call DispReturn
; 测试调用门（无特权级变换），将打印字母 'C'
call SelectorCallGateTest:0
;call SelectorCodeDest:0 ---SelectorCallGateTest的选择子为SelectorCodeDest,偏移为0; Load LDT
mov ax, SelectorLDT
lldt axjmp SelectorLDTCodeA:0 ; 跳入局部任务，将打印字母 'L'。
; ------------------------------------------------------------------------
DispReturn:
push eax
push ebx
mov eax, edi
mov bl, 160
div bl
and eax, 0FFh
inc eax
mov bl, 160
mul bl
mov edi, eax
pop ebx
pop eaxret
; DispReturn 结束---------------------------------------------------------SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32
; END of [SECTION .s32][SECTION .sdest]; 调用门目标段
[BITS 32]LABEL_SEG_CODE_DEST:
;jmp $
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)mov edi, (80 * 12 + 0) * 2 ; 屏幕第 12 行, 第 0 列。
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
mov al, 'C'
mov [gs:edi], axretf
SegCodeDestLen equ $ - LABEL_SEG_CODE_DEST
; END of [SECTION .sdest]; 16 位代码段. 由 32 位代码段跳入, 跳出后到实模式
[SECTION .s16code]
ALIGN 32
[BITS 16]
LABEL_SEG_CODE16:
; 跳回实模式:
mov ax, SelectorNormal
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
mov ss, axmov eax, cr0
and al, 11111110b
mov cr0, eaxLABEL_GO_BACK_TO_REAL:
jmp 0:LABEL_REAL_ENTRY ; 段地址会在程序开始处被设置成正确的值Code16Len equ $ - LABEL_SEG_CODE16
; END of [SECTION .s16code]
; LDT
[SECTION .ldt]
ALIGN 32
LABEL_LDT:
; 段基址 段界限 , 属性
LABEL_LDT_DESC_CODEA: Descriptor 0, CodeALen - 1, DA_C + DA_32 ; Code, 32 位LDTLen equ $ - LABEL_LDT
; LDT 选择子
SelectorLDTCodeA equ LABEL_LDT_DESC_CODEA - LABEL_LDT + SA_TIL
; END of [SECTION .ldt]; CodeA (LDT, 32 位代码段)
[SECTION .la]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_CODE_A:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)mov edi, (80 * 13 + 0) * 2 ; 屏幕第 13 行, 第 0 列。
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
mov al, 'L'
mov [gs:edi], ax; 准备经由16位代码段跳回实模式
jmp SelectorCode16:0
CodeALen equ $ - LABEL_CODE_A
; END of [SECTION .la]
Gate宏的分析请见《Orange’s 一个操作系统的实现》3.保护模式1----pm.inc分析:
本代码只是展示了调用的使用方式,即提供了目标代码段的入口地址及相关附加属性(无特权级的转移),如果需要特权级的转移,则需
参照以下规则:
假设我们有代码A转移到代码B,使用一个调用G,即调用门G中的目标选择子指向代码B的段。我们涉及到这么几个要素CPL、RPL、
代码B的DPL(记做DPL_B)、调用门的DPL(记做DPL_G)。根据《Orange’s 一个操作系统的实现》3.保护模式5----特权级概述(转)
介绍可知A访问调用门G时,相当于访问一个数据段,要求CPL和RPL都小于或者等于DPL_G.换句话说,CPL和RPL须在更高的特权级上.
除此之外,还需比较CPL和DPL_B,如果是一致代码段,则要求DPL_B<=CPL;如果是非一致代码段,call和jmp指令又有所不同,使用
CALL时,要求DPL_B<=CPL;使用Jmp时,只能是DPL-B=CPL
规则如下
| 目标代码段 | call | jmp |
| 目标是一致代码段 | CPL<=DPL_G | 同CALL |
| RPL<=DPL_G | 同CALL | |
| DPL_B<=CPL | 同CALL | |
| 目标是非一致代码 | CPL<=DPL_G | CPL<=DPL_G |
| RPL<=DPL_G | RPL<=DPL_G | |
| DPL_B<=CPL | DPL_B=CPL |
综上:通过调用门和call指令，可以实现从低特权级到高特权级的转移，无论目标代码是一致的还是非一致的