保护模式12:将一个线性地址映射到不同的物理地址上
这篇还是上一篇的加强版. 上一篇我们漏说了很多东西, 包括我们在内存中使用了4M+4K的内存来存放页目录和页表. 这肯定是有问题的. 不行的. 那么我们应该动态的获取系统内存分配页表大小. 另外上一篇虽然对0b8000h做了下映射, 估计还是不过瘾.因为数据映射了下, 而且是没有开启分页之前的, 我们应该再接再厉. 将代码也可以随便映射..
关于这个分页机制的话, 上一篇已经说的比较清楚了, 这里不再罗嗦. 主要上一篇我们总共分配了4M+4K的内存, 这篇我们动态的获取内存大小. 那么就可以动态改动页表的大小了, 注意了. 这里可以动态修改页表的数量, 但是页目录是动不得的, 必须给4K. 我刚开始给页目录也动态的搞一下. 结果老是出错!
其他就好像没有什么问题了.. 这篇代码也不算复杂了, 相对前面的来说! 所以这里我主要说说代码的逻辑.当然, 上来首先获取了本地内存的大小. 这个是调用15h中断搞定的. 看截图上打印出来的就知道, 我用的Bochs虚拟出来的内存是512的, 基本有510M是可以给OS使用的. 然后把获取到的内存存放在dwMemSize变量中. 然后跳入保护模式..
我这里不和以前一样搞了, 搞那么多得段太麻烦了. 直接使用一个全局的数据段, 宽度4G, 一个代码段宽度4G, 一个堆栈段4G.用起来多舒服.. 我看Windows也是这么搞的嘛.. 然后进入保护模式以后直接从16过渡段跳到32位段. 然后开始搞分页.
分页的话. 还是和上一篇一样先初始化页目录, 页目录根据实际内存填写, 剩下的为NULL. 然后填写页目录, 页目录的话也是根据实际内存填写的. 这样就可以节约很多内存了.. 将所有的线性地址映射到等同的物理地址上. 然后单独修改0b8000h将其映射到线性地址0处.. 打印了一个字符串..
然后Copy了两段代码分别搞到100000h和102000h处. 然后调用100000h的函数, 这个没有撒稀奇的, 主要是下面. 我们修改页表将100000h处的线性地址映射到102000h处的物理地址上. 这样我们再次调用100000h的函数就调用到另外一个Test2函数了. 非常暴力!
还是和以前一样. 有图有真相!
http://www.joenchen.com/JoenTools/PageTest.rar
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;演示保护模式下分页机制, 所有的线性地址对应物理地址
;编译选项请参见 makefile TAB = 8
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.686p
Include pm.inc
option casemap:none
PageDirBase equ 200000h ; 页目录开始地址: 2M
Stack_Len equ 300000h ;堆栈段开始地址
PageTblBase equ 201000h ; 页表开始地址: 2M+4K
Test1Base equ 100000h ;测试任务1的地址
Test2Base equ 102000h ;测试任务2的地址
;============================================================================
GdtSeg Segment use16 ;全局描述符表
; ;段基址 ;段界限 ;属性
Dummy: Descriptor 0, 0, 0 ;空的描述符
Normal: Descriptor 0, 0ffffh, DA_DRW ;规范段描述符
g_DataDesc: Descriptor 0, 0fffffh, DA_DRW or DA_LIMIT_4K ;全局4G数据段
g_CodeDesc: Descriptor 0, 0fffffh, DA_C or DA_32 or DA_LIMIT_4K ;32位全局代码段
g_StackDesc: Descriptor 0, 0fffffh, DA_DRW or DA_32 or DA_LIMIT_4K ;32位全局堆栈段
g_CodeTempDesc: Descriptor 0, 0ffffh, DA_C ;非一致代码段16位
GDTLen equ $ - GdtSeg ;GDT长度
;----------------------------------------------------------------------------
GDT_Ptr word GDTLen-1 ;VGDT
dword 0
_RegSp word ? ;用于保存SS:SP
_RegSs word ?
;----------------------------------------------------------------------------
SzString byte "This is a historic moment, we have entered into the paging mode!", 0
SzMemInof byte "BaseAddressL BaseAddressH LengthLow LengthHigt Type", 0
SzMemSize byte "RAM Size:", 0
SzTest1 byte "I'm Test1!", 0
SzTest2 byte "I'm Test2!", 0
Buf byte 256 dup (0)
dwStMemSize dword 0
dwPageDirSize dword ? ;页目录大小
dwPageTblSize dword ? ;页表大小
dwMemSize dword 0 ;系统内存大小
;----------------------------------------------------------------------------
NormalSelector equ Normal - GdtSeg ;规范段选择子
g_DataSelector equ g_DataDesc - GdtSeg ;全局数据段
g_CodeTempSelector equ g_CodeTempDesc - GdtSeg ;临时代码段选择子
g_StackSelector equ g_StackDesc - GdtSeg ;全局堆栈段
g_CodeSelector equ g_CodeDesc - GdtSeg ;全局32位代码段
GdtSeg Ends
;============================================================================
;执行分段工作
;============================================================================
CodePageSeg Segment use32
;----------------------------------------------------------------------------
;显示一个字符串
ShowString Proc uses esi edi _lpStr:dword, _dwCoord:dword, _dwStringLen:dword
mov esi, _lpStr
mov edi, _dwCoord
cld
mov ecx, _dwStringLen
@@: lodsb
mov ah, 0eh
stosw
loop @b
ret
ShowString Endp
;----------------------------------------------------------------------------
Test1 Proc ;测试任务1
mov esi, GdtSeg
shl esi, 4
add esi, offset SzTest1
mov ecx, sizeof SzTest1
mov edi, 16 * 160 + 5 * 2 ;16行5列
@@: lodsb
mov ah, 0fh
stosw
loop @b
ret
Test1Len equ $ - Test1
Test1 Endp
;----------------------------------------------------------------------------
Test2 Proc ;测试任务2
mov esi, GdtSeg
shl esi, 4
add esi, offset SzTest2
mov ecx, sizeof SzTest2
mov edi, 17 * 160 + 5 * 2 ;16行5列
@@: lodsb
mov ah, 0fh
stosw
loop @b
ret
Test2Len equ $ - Test2
Test2 Endp
;----------------------------------------------------------------------------
PageTest Proc ;分页测试
xchg bx, bx
;----------------------------------------------------------------------------
;复制两段代码到不同的地址上, 用于做页映射演示
mov esi, CodePageSeg
shl esi,4
add esi, offset Test1
mov ecx, Test1Len
mov edi, Test1Base
rep movsb
mov esi, CodePageSeg
shl esi, 4
add esi, offset Test2
mov ecx, Test2Len
mov edi, Test2Base
rep movsb
;----------------------------------------------------------------------------
mov eax, Test1Base
call eax ;调用Test1
;----------------------------------------------------------------------------
;求的Test1所在的地址, 然后修改为Test2的映射
mov esi, Test1Base
shr esi, 12
and esi, 3ffh ;10BIT 1111111111
shl esi, 2 ;页表一个项是4字节
add esi, PageTblBase
mov eax, Test2Base
or eax, PG_P or PG_USU or PG_RWW
mov dword ptr [esi], eax ;将Test2的页写入Test刚对应的页
mov eax, cr3 ;刷新cr3
mov cr3, eax
;----------------------------------------------------------------------------
;神奇的事情发生了, 居然会调用同一地址, 转到了不同的位置上
mov eax, Test1Base
call eax
ret
PageTest Endp
;----------------------------------------------------------------------------
InitPage Proc
local _dwDataBase:dword
mov eax, g_DataSelector
mov ds, ax
;----------------------------------------------------------------------------
;这里根据内存大小来分配页表, 就不用占据4M内存了
mov ebx, 400000h ;4M = 4096 * 1024一个页表的大小
mov eax, GdtSeg
shl eax, 4
mov dword ptr ss:[_dwDataBase], eax
lea ecx, dwMemSize
add eax, ecx
mov esi, dword ptr [eax] ;esi-->内存大小
mov eax, esi ;eax=内存大小
cdq
div ebx
or edx, edx
jz @f
inc eax ;如果有余数就再增加一个页表
@@:
mov ecx, _dwDataBase
add ecx, offset dwPageDirSize
mov dword ptr ds:[ecx], eax ;存放页目录数
;----------------------------------------------------------------------------
;为了简单, 所有的线性地址对应物理地址, 这里初始化页目录,
;虽然页表可以动态分配, 但是页目录还是固定的4K
push ds
pop es
mov edi, PageDirBase
mov ebx, eax
mov ecx, eax
cld
mov eax, PageTblBase or PG_P or PG_USU or PG_RWW;属性:可读可写的用户页目录
@@:
stosd
add eax, 4096
loop @b
;----------------------------------------------------------------------------
;初始化页表(1K个, 4M内存空间), 页表之间的跨度是4096个字节, 也就是1000h
;因为线性地址的低12位的索引的最大限度就是4096, 所以跨度是这样的.
;这里根据实际的内存大小初始化页表
mov eax, _dwDataBase
add eax, offset dwPageDirSize
mov eax, dword ptr ds:[eax]
mov ebx, 1024
mul ebx
mov ecx, eax ; PTE个数 = 页表个数 * 1024
mov eax, _dwDataBase
add eax, offset dwPageTblSize
mov dword ptr ds:[eax], ecx ;存起来, PTE个数
mov edi, PageTblBase
mov eax, PG_P or PG_USU or PG_RWW
@@: stosd
add eax, 4096
loop @b
;----------------------------------------------------------------------------
;将物理地址b8000h映射到线性地址000000h上面, 一般修改映射都是修改页表
mov esi, PageTblBase
mov ecx, 0b8000h
or ecx, PG_P or PG_USU or PG_RWW ;属性:可读可写的用户页目录
mov dword ptr ds:[esi], ecx
;----------------------------------------------------------------------------
;开启分页
mov eax, PageDirBase ;装载页目录基址
mov cr3, eax
mov eax, cr0
or eax, 80000000h ;开启分页
mov cr0, eax
;----------------------------------------------------------------------------
;打印一个字符串, 向线性地址0地址写, 写到了b8000h处
mov esi, _dwDataBase
add esi, offset SzString
mov edi, 15 * 160 + 5 * 2 ;11行5列
Invoke ShowString, esi, edi, sizeof SzString
;----------------------------------------------------------------------------
call PageTest ;分页测试
;----------------------------------------------------------------------------
;返回实模式
Jmp32 g_CodeTempSelector, _GoToProtect
InitPage Endp
CodePageSegLen equ $ - CodePageSeg ;长度
CodePageSeg Ends
;============================================================================
;16位段, 由实模式跳入
;============================================================================
g_Code16Seg Segment use16
_GoToProtect Proc ;返回实模式
mov ax, NormalSelector
mov fs, ax ;规范选择子
mov es, ax
mov ds, ax
mov ss, ax
mov eax, cr0 ;关PE位, 进入实模式
and al, 0feh
and eax, 7fffffffh ;关分页, 进入实模式
mov cr0, eax
;刷新段选择子缓冲区, 退回实模式
Jmp16 <seg StartCodeSeg >, < offset _RealProtect >
_GoToProtect Endp
;----------------------------------------------------------------------------
_ProtectEntry Proc ;实模式跳入入口
mov ax, g_StackSelector
mov ss, ax
mov esp, Stack_Len ;32位段
;16位-32位执行分页\
mov eax, g_CodeSelector
push eax
mov eax, CodePageSeg
shl eax, 4
lea ecx, InitPage
add eax, ecx
push eax
byte 66h
retf ;通过retf转换到32位段
;Jmp16 g_CodePageSelector,_InitPage
;----------------------------------------------------------------------------
_ProtectEntry Endp
g_Code16Seg Ends
;============================================================================
;起始代码段初始化保护模式的各个结构, 然后跳入保护模式
;============================================================================
StartCodeSeg Segment use16
_InitGdt Proc uses es ;初始化全局描述符表
xor eax, eax
mov ax, GdtSeg
mov es, ax ;es-->全局描述符表
;----------------------------------------------------------------------------
shl eax, 4
mov dword ptr es:[GDT_Ptr+2], eax ;初始化VGDT描述符
;----------------------------------------------------------------------------
xor eax, eax
mov ax, g_Code16Seg ;初始化十六位的代码段
shl eax, 4
mov word ptr es:[g_CodeTempDesc+2], ax ;段基址低位
shr eax, 16
mov byte ptr es:[g_CodeTempDesc+4], al ;段基址高地址低位
mov byte ptr es:[g_CodeTempDesc+7], ah ;段基址高地址高位
;----------------------------------------------------------------------------
lgdt fword ptr es:[GDT_Ptr] ;装载GDT
;----------------------------------------------------------------------------
ret
_InitGdt Endp
;;将al中的数字转成ASCII加上显示属性并在EAX中返回
_HexToAscii Proc uses ebx
mov bl, al
and al, 0fh
add al, 90h
daa
adc al, 40h
daa
mov ah, 0ah
shl eax, 16 ;转换低位
mov al, bl
shr al, 4
and al, 0fh
add al, 90h
daa
adc al, 40h ;将高位转成ASCII
daa
mov ah, 0ah ;属性
ret
_HexToAscii Endp
;============================================================================
;显示一条信息_lpStr:字符串首地址
;_dwXY开始显示地址
;============================================================================
_PrintMessage Proc uses esi edi _lpStr:dword, _dwXY:dword
mov esi, _lpStr
xor ecx, ecx
;----------------------------------------------------------------------------
@@: mov al, byte ptr ds:[esi]
inc esi
inc ecx
or al, al
jnz @b ;ecx == 字符串长度
dec ecx
;----------------------------------------------------------------------------
mov esi, _lpStr
mov edi, _dwXY
@@: lodsb
mov ah, 0ch ;属性
stosw
loop @b
ret
_PrintMessage Endp
;============================================================================
;换行, _dwValue传递当前的行列号, 计算好在Eax中返回下一行开始
;============================================================================
_PrintLn Proc uses ebx _dwValue:dword
mov eax, _dwValue
mov bl, 160
div bl
and eax, 0FFh
inc eax
mov bl, 160
mul bl
ret
_PrintLn Endp
;----------------------------------------------------------------------------
;eax要显示的Int类型值, es:edi指向需要显示的位置
_ShowInt Proc uses ebx ;显示一个Int类型的值
mov ebx, eax
shr eax, 24
call _HexToAscii
stosd
mov eax, ebx
shr eax, 16
call _HexToAscii
stosd
mov eax, ebx
shr eax, 8
call _HexToAscii
stosd
mov eax, ebx
call _HexToAscii
stosd
ret
_ShowInt Endp
;----------------------------------------------------------------------------
_GetMemSize Proc uses es ds ;获取内存大小
;----------------------------------------------------------------------------
;调用BIOS中断获取内存信息
xor ebx, ebx ;后续值
mov ax, GdtSeg
mov es, ax
lea di, Buf ;es:di-->地址范围描述符结构
@@: mov ax, 0e820h ;功能号
mov ecx, 20 ;结构大小, 一般只需要20字节
mov edx, 0534d4150h ;SMAP校验值
int 15h ;调用BIOS中断获取内存信息
jc @f ;出错了
add di, 20
inc dword ptr es:[dwStMemSize] ;结构++
or ebx, ebx
jne @b
;----------------------------------------------------------------------------
@@: cmp dword ptr es:[dwStMemSize], 0 ;内存结构为0吗?
jz _ret
mov ax, GdtSeg
mov ds, ax
mov ax, 0b800h
mov es, ax
mov eax, 5*160+5*2 ;5行5列
lea ecx, SzMemInof
Invoke _PrintMessage, ecx, eax ;显示一条字符串, 准备打印内存信息
;----------------------------------------------------------------------------
xor esi, esi
xor edi, edi
;显示内存信息
mov di, (6 * 160) + (5 * 2) ;6行5列
lea si, Buf
_While: mov eax, 0a780a30h ;打印0x
stosd
mov eax, dword ptr [si]
call _ShowInt ;显示BaseAddressL
;============================================================================
;显示整体内存信息
add di, 10 ;中间间隔若干空格
mov eax, 0a780a30h ;打印0x
stosd
mov eax, dword ptr [si+4]
call _ShowInt ;显示BaseAddressH
;----------------------------------------------------------------------------
add di, 10 ;中间间隔3个位置
mov eax, 0a780a30h ;打印0x
stosd
mov eax, dword ptr [si+8]
call _ShowInt ;显示LengthLow
;----------------------------------------------------------------------------
add di, 4 ;中间间隔若干空格
mov eax, 0a780a30h ;打印0x
stosd
mov eax, dword ptr [si+0ch]
call _ShowInt ;显示LengthHigh
;----------------------------------------------------------------------------
add di, 6 ;中间间隔若干空格
mov eax, 0a780a30h ;打印0x
stosd
mov eax, dword ptr [si+10h]
call _ShowInt ;显示Type
;----------------------------------------------------------------------------
cmp dword ptr [si+10h], 1 ;类型是操作系统可以使用的吗?
jnz @f
mov eax, dword ptr ds:[si]
add eax, dword ptr ds:[si+8]
cmp eax, dword ptr ds:[dwMemSize]
jb @f
mov dword ptr ds:[dwMemSize], eax ;内存大小
@@:
add si, 20
Invoke _PrintLn, edi ;换行
mov di, ax
add di, 5 * 2 ;从下一行的5开始显示
dec dword ptr ds:[dwStMemSize]
cmp dword ptr ds:[dwStMemSize], 0
jnz _While
;----------------------------------------------------------------------------
lea ecx, SzMemSize
Invoke _PrintMessage, ecx, edi ;显示内存大小字符串
add edi, (sizeof SzMemSize) * 2
mov eax, dword ptr ds:[dwMemSize] ;显示内存大小
call _ShowInt
;----------------------------------------------------------------------------
_ret: ret
_GetMemSize Endp
;----------------------------------------------------------------------------
Jmain Proc
call _InitGdt ;初始化GDT全局描述符
call _GetMemSize ;获取内存大小
;----------------------------------------------------------------------------
mov ax, GdtSeg
mov ds, ax
mov ds:[_RegSs], ss
mov ds:[_RegSp], sp ;保存SS:SP
cli
_EnableA20 ;关中断开A20地址线
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax ;开启分段, 进入保护模式
;----------------------------------------------------------------------------
Jmp16 g_CodeTempSelector, <offset _ProtectEntry>;跳入保护模式
Jmain Endp
;----------------------------------------------------------------------------
_RealProtect Proc ;返回保护模式
mov ax, GdtSeg
mov ds, ax
lss sp, dword ptr ds:[_RegSp] ;恢复SS:SP
_DisableA20 ;关A20地址线, 开中断
sti
mov ax, 4c00h
int 21h
_RealProtect Endp
StartCodeSeg Ends
End Jmain
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