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分页机制和动态页面分配

时间:2020-03-30 19:22:45      阅读:55      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:res   目的   proc   为什么   sp2   文件   自己   lag   2gb   

分页机制概述

??分页其实就是内存块的映射管理。在我们之前的章节中,我们都是使用的分段管理模式,处理器中负责分段的部件是段部件,段管理机制是Intel处理器最基本的处理机制,在任何时候都是无法关闭的。而当开启了分页管理之后,处理器会把4GB的内存分成长度相同的段,也就是说用长度固定的页来代替长度不一的段。页的分配由处理器固件来进行,可以实现非常高效的操作。页的最小单位是4KB,也就是说4GB的内存可以分成1048576个页(页的物理地址的低12位全是0)。

??在分页模式下,操作系统可以创建一个为所有任务共用的4GB虚拟内存空间。也可以为每一个任务创建一个独立的4GB虚拟内存空间,当一个程序加载的时候,操作系统既要在虚拟内存空间中分配空间,而且也要在物理内存中分配相应的也页面。另外,如果允许页共享,多个段或者多个程序可以用同一个页来存放各自的数据。4GB虚拟内存空间只是一个用来指示内存使用状况的一个机制,当操作系统加载一个程序并且创建为任务时,操作系统在虚拟内存空间中寻找空闲的段,并映射到空闲的页中取去。然后,到真正加载程序的时候,再把原本属于段的数据按页的尺寸拆分,分开写入相应的页中。页最大的好处就是方便操作系统进行内存管理,特别是虚拟内存管理,每个任务都可以有4GB虚拟内存,但是假如机器没有那么大的内存,操作系统也可以认为确实存在那么大的内存,当一个程序使用的内存超过了实际的物理内存,那么操作系统就会搜索那些暂时用不到的页,并且把他们转移到磁盘中,并且调入马上要使用的页。(当然这种操作非常地花费时间,这就是为什么小内存的电脑会有很严重的卡顿现象)。

??Intel处理器的最基础的分页管理机制就是二级管理机制。(当然现在更新的处理器支持更复杂的分页操作,但是教材也没有提及。)如果每个操使用直接分页管理(也就是把4GB的内存直接分成1048576个页),这需要1048576个表项,每个表项是4字节,所以映射表的总大小是4MB。事实上程序往往用不到4GB的内存,所以1级映射是一个很严重的浪费。但是如果采用层次化分页管理,那么就会产生巨大的内存节约。所谓Intel的分页管理,其实就是把页拆成3个部分(页目录,页表和页)。

??页目录(Page Directory Table,PDT) 的物理地址由PDBR(Page Directory Base Register,也就是CR3寄存器) 指定,每个任务都可以有自己的页目录。每个任务的TSS段就有自己的CR3的物理地址。每次进行任务切换的时候,CR3的内容都会被替换改为新任务的CR3域中的物理地址。页目录也是一个的页。但是他里面存放的是页表的地址,所以页目录可以指向1024个页表。

??页表也可以指向1024个页,每个项也是4个字节,同样页表的大小也是页的大小。

??处理器有页部件,专门负责线性地址到物理地址的转换工作。它首先将段部件送来的32位线性地址截成3段,分别是高10位(页目录的索引),中间的10位(页表的索引)和低12位(页内偏移)。操作系统要负责填写页目录和页表地址,然后程序的内存访问就可以像上图那样进行转换了。
技术图片

页目录、页表和CR3的填写

技术图片

  • P(Present)是存在位,为“1”时,表示页表或者页位于内存中,否则,表示页表或者页不在内存中,必须先予以创建,或者从磁盘调入内存后方可使用。
  • RW(Read/Write)是读/写位,为“0”时表示这样的页只能读取,为“1”时,可读可写。
    -US(User/Supervisor)是用户/管理位。为“1”时,允许所有特权级别的程序访问;为“0”时,只允许特权级为0,1,2的程序访问,特权级为3的程序不能访问。
  • PWT(Page-Level Write-Through)是页级通写位,和高速缓存有关,“通写”是处理器高速缓存的一种工作方式,这意味用来间接决定是否采用此种方式来改善页面的访问效率。
  • A(Accessed)是访问位。该位由处理器固件来设置,用来指示此表项所指向的页是否被访问过。(这个坑爹的属性将会在练习题中体现)。
  • D(Dirty)是脏位。该位由处理器固件来设置,用来指示此表项所指向的页是否被写入数据。(和A位一样,练习题会有体现)。
  • PAT(Page Attribute Table)页属性表支持位。此位涉及更为复杂的分页系统。和页高速缓存有关。
  • G(Global)是全局位,用来只是该表项指向的页是否为全局属性。如果页是全局属性的,那么,他将一直在高速缓存中一直保存(地址转换速度会加快)。因为页高速缓存的缓存容量有限,只能存放频繁使用的那些表项。而且,当因为任务切换等原因改变CR3寄存器的内容时,整个页高速缓存的内容都会被刷新。
  • AVL位被处理器忽略,软件可以使用。

代码清单

         ;代码清单16-2
         ;文件名:c16.asm
         ;文件说明:用户程序 
         program_length   dd program_end          ;程序总长度#0x00
         entry_point      dd start                ;程序入口点#0x04
         salt_position    dd salt_begin           ;SALT表起始偏移量#0x08 
         salt_items       dd (salt_end-salt_begin)/256 ;SALT条目数#0x0C

;-------------------------------------------------------------------------------

         ;符号地址检索表
         salt_begin:                                     

         PrintString      db  ‘@PrintString‘
                     times 256-($-PrintString) db 0
                     
         TerminateProgram db  ‘@TerminateProgram‘
                     times 256-($-TerminateProgram) db 0
;-------------------------------------------------------------------------------

         reserved  times 256*500 db 0            ;保留一个空白区,以演示分页

;-------------------------------------------------------------------------------
         ReadDiskData     db  ‘@ReadDiskData‘
                     times 256-($-ReadDiskData) db 0
         
         PrintDwordAsHex  db  ‘@PrintDwordAsHexString‘
                     times 256-($-PrintDwordAsHex) db 0
         
         salt_end:

         message_0        db  0x0d,0x0a,
                          db  ‘  ............User task is running with ‘
                          db  ‘paging enabled!............‘,0x0d,0x0a,0

         space            db  0x20,0x20,0
         
;-------------------------------------------------------------------------------
      [bits 32]
;-------------------------------------------------------------------------------

start:
          
         mov ebx,message_0
         call far [PrintString]
         
         xor esi,esi
         mov ecx,88
  .b1:
         mov ebx,space
         call far [PrintString] 
         
         mov edx,[esi*4]
         call far [PrintDwordAsHex]
         
         inc esi
         loop .b1 
        
         call far [TerminateProgram]              ;退出,并将控制权返回到核心 
    
;-------------------------------------------------------------------------------
program_end:
         ;代码清单16-1
         ;文件名:c16_core.asm
         ;文件说明:保护模式微型核心程序 

         ;以下常量定义部分。内核的大部分内容都应当固定
         core_code_seg_sel     equ  0x38    ;内核代码段选择子
         core_data_seg_sel     equ  0x30    ;内核数据段选择子 
         sys_routine_seg_sel   equ  0x28    ;系统公共例程代码段的选择子 
         video_ram_seg_sel     equ  0x20    ;视频显示缓冲区的段选择子
         core_stack_seg_sel    equ  0x18    ;内核堆栈段选择子
         mem_0_4_gb_seg_sel    equ  0x08    ;整个0-4GB内存的段的选择子

;-------------------------------------------------------------------------------
         ;以下是系统核心的头部,用于加载核心程序 
         core_length      dd core_end       ;核心程序总长度#00

         sys_routine_seg  dd section.sys_routine.start
                                            ;系统公用例程段位置#04

         core_data_seg    dd section.core_data.start
                                            ;核心数据段位置#08

         core_code_seg    dd section.core_code.start
                                            ;核心代码段位置#0c


         core_entry       dd start          ;核心代码段入口点#10
                          dw core_code_seg_sel

;===============================================================================
         [bits 32]
;===============================================================================
SECTION sys_routine vstart=0                ;系统公共例程代码段 
;-------------------------------------------------------------------------------
         ;字符串显示例程
put_string:                                 ;显示0终止的字符串并移动光标 
                                            ;输入:DS:EBX=串地址
         push ecx
  .getc:
         mov cl,[ebx]
         or cl,cl
         jz .exit
         call put_char
         inc ebx
         jmp .getc

  .exit:
         pop ecx
         retf                               ;段间返回

;-------------------------------------------------------------------------------
put_char:                                   ;在当前光标处显示一个字符,并推进
                                            ;光标。仅用于段内调用 
                                            ;输入:CL=字符ASCII码 
         pushad

         ;以下取当前光标位置
         mov dx,0x3d4
         mov al,0x0e
         out dx,al
         inc dx                             ;0x3d5
         in al,dx                           ;高字
         mov ah,al

         dec dx                             ;0x3d4
         mov al,0x0f
         out dx,al
         inc dx                             ;0x3d5
         in al,dx                           ;低字
         mov bx,ax                          ;BX=代表光标位置的16位数

         cmp cl,0x0d                        ;回车符?
         jnz .put_0a
         mov ax,bx
         mov bl,80
         div bl
         mul bl
         mov bx,ax
         jmp .set_cursor

  .put_0a:
         cmp cl,0x0a                        ;换行符?
         jnz .put_other
         add bx,80
         jmp .roll_screen

  .put_other:                               ;正常显示字符
         push es
         mov eax,video_ram_seg_sel          ;0x800b8000段的选择子
         mov es,eax
         shl bx,1
         mov [es:bx],cl
         pop es

         ;以下将光标位置推进一个字符
         shr bx,1
         inc bx

  .roll_screen:
         cmp bx,2000                        ;光标超出屏幕?滚屏
         jl .set_cursor

         push ds
         push es
         mov eax,video_ram_seg_sel
         mov ds,eax
         mov es,eax
         cld
         mov esi,0xa0                       ;小心!32位模式下movsb/w/d 
         mov edi,0x00                       ;使用的是esi/edi/ecx 
         mov ecx,1920
         rep movsd
         mov bx,3840                        ;清除屏幕最底一行
         mov ecx,80                         ;32位程序应该使用ECX
  .cls:
         mov word[es:bx],0x0720
         add bx,2
         loop .cls

         pop es
         pop ds

         mov bx,1920

  .set_cursor:
         mov dx,0x3d4
         mov al,0x0e
         out dx,al
         inc dx                             ;0x3d5
         mov al,bh
         out dx,al
         dec dx                             ;0x3d4
         mov al,0x0f
         out dx,al
         inc dx                             ;0x3d5
         mov al,bl
         out dx,al

         popad
         
         ret                                

;-------------------------------------------------------------------------------
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
         push eax 
         push ecx
         push edx
      
         push eax
         
         mov dx,0x1f2
         mov al,1
         out dx,al                          ;读取的扇区数

         inc dx                             ;0x1f3
         pop eax
         out dx,al                          ;LBA地址7~0

         inc dx                             ;0x1f4
         mov cl,8
         shr eax,cl
         out dx,al                          ;LBA地址15~8

         inc dx                             ;0x1f5
         shr eax,cl
         out dx,al                          ;LBA地址23~16

         inc dx                             ;0x1f6
         shr eax,cl
         or al,0xe0                         ;第一硬盘  LBA地址27~24
         out dx,al

         inc dx                             ;0x1f7
         mov al,0x20                        ;读命令
         out dx,al

  .waits:
         in al,dx
         and al,0x88
         cmp al,0x08
         jnz .waits                         ;不忙,且硬盘已准备好数据传输 

         mov ecx,256                        ;总共要读取的字数
         mov dx,0x1f0
  .readw:
         in ax,dx
         mov [ebx],ax
         add ebx,2
         loop .readw

         pop edx
         pop ecx
         pop eax
      
         retf                               ;段间返回 

;-------------------------------------------------------------------------------
;汇编语言程序是极难一次成功,而且调试非常困难。这个例程可以提供帮助 
put_hex_dword:                              ;在当前光标处以十六进制形式显示
                                            ;一个双字并推进光标 
                                            ;输入:EDX=要转换并显示的数字
                                            ;输出:无
         pushad
         push ds
      
         mov ax,core_data_seg_sel           ;切换到核心数据段 
         mov ds,ax
      
         mov ebx,bin_hex                    ;指向核心数据段内的转换表
         mov ecx,8
  .xlt:    
         rol edx,4
         mov eax,edx
         and eax,0x0000000f
         xlat
      
         push ecx
         mov cl,al                           
         call put_char
         pop ecx
       
         loop .xlt
      
         pop ds
         popad
         
         retf
      
;-------------------------------------------------------------------------------
set_up_gdt_descriptor:                      ;在GDT内安装一个新的描述符
                                            ;输入:EDX:EAX=描述符 
                                            ;输出:CX=描述符的选择子
         push eax
         push ebx
         push edx

         push ds
         push es

         mov ebx,core_data_seg_sel          ;切换到核心数据段
         mov ds,ebx

         sgdt [pgdt]                        ;以便开始处理GDT

         mov ebx,mem_0_4_gb_seg_sel
         mov es,ebx

         movzx ebx,word [pgdt]              ;GDT界限
         inc bx                             ;GDT总字节数,也是下一个描述符偏移
         add ebx,[pgdt+2]                   ;下一个描述符的线性地址

         mov [es:ebx],eax
         mov [es:ebx+4],edx

         add word [pgdt],8                  ;增加一个描述符的大小

         lgdt [pgdt]                        ;对GDT的更改生效

         mov ax,[pgdt]                      ;得到GDT界限值
         xor dx,dx
         mov bx,8
         div bx                             ;除以8,去掉余数
         mov cx,ax
         shl cx,3                           ;将索引号移到正确位置

         pop es
         pop ds

         pop edx
         pop ebx
         pop eax

         retf
;-------------------------------------------------------------------------------
make_seg_descriptor:                        ;构造存储器和系统的段描述符
                                            ;输入:EAX=线性基地址
                                            ;      EBX=段界限
                                            ;      ECX=属性。各属性位都在原始
                                            ;          位置,无关的位清零 
                                            ;返回:EDX:EAX=描述符
         mov edx,eax
         shl eax,16
         or ax,bx                           ;描述符前32位(EAX)构造完毕

         and edx,0xffff0000                 ;清除基地址中无关的位
         rol edx,8
         bswap edx                          ;装配基址的31~24和23~16  (80486+)

         xor bx,bx
         or edx,ebx                         ;装配段界限的高4位

         or edx,ecx                         ;装配属性

         retf

;-------------------------------------------------------------------------------
make_gate_descriptor:                       ;构造门的描述符(调用门等)
                                            ;输入:EAX=门代码在段内偏移地址
                                            ;       BX=门代码所在段的选择子 
                                            ;       CX=段类型及属性等(各属
                                            ;          性位都在原始位置)
                                            ;返回:EDX:EAX=完整的描述符
         push ebx
         push ecx
      
         mov edx,eax
         and edx,0xffff0000                 ;得到偏移地址高16位 
         or dx,cx                           ;组装属性部分到EDX
       
         and eax,0x0000ffff                 ;得到偏移地址低16位 
         shl ebx,16                          
         or eax,ebx                         ;组装段选择子部分
      
         pop ecx
         pop ebx
      
         retf                                   
                             
;-------------------------------------------------------------------------------
allocate_a_4k_page:                         ;分配一个4KB的页
                                            ;输入:无
                                            ;输出:EAX=页的物理地址
         push ebx
         push ecx
         push edx
         push ds
         
         mov eax,core_data_seg_sel
         mov ds,eax
         
         xor eax,eax
  .b1:
         bts [page_bit_map],eax
         jnc .b2
         inc eax
         cmp eax,page_map_len*8
         jl .b1
         
         mov ebx,message_3
         call sys_routine_seg_sel:put_string
         hlt                                ;没有可以分配的页,停机 
         
  .b2:
         shl eax,12                         ;乘以4096(0x1000) 
         
         pop ds
         pop edx
         pop ecx
         pop ebx
         
         ret
         
;-------------------------------------------------------------------------------
alloc_inst_a_page:                          ;分配一个页,并安装在当前活动的
                                            ;层级分页结构中
                                            ;输入:EBX=页的线性地址
         push eax
         push ebx
         push esi
         push ds
         
         mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel
         mov ds,eax
         
         ;检查该线性地址所对应的页表是否存在
         mov esi,ebx
         and esi,0xffc00000
         shr esi,20                         ;得到页目录索引,并乘以4 
         or esi,0xfffff000                  ;页目录自身的线性地址+表内偏移 

         test dword [esi],0x00000001        ;P位是否为“1”。检查该线性地址是 
         jnz .b1                            ;否已经有对应的页表
          
         ;创建该线性地址所对应的页表 
         call allocate_a_4k_page            ;分配一个页做为页表 
         or eax,0x00000007
         mov [esi],eax                      ;在页目录中登记该页表
          
  .b1:
         ;开始访问该线性地址所对应的页表 
         mov esi,ebx
         shr esi,10
         and esi,0x003ff000                 ;或者0xfffff000,因高10位是零 
         or esi,0xffc00000                  ;得到该页表的线性地址
         
         ;得到该线性地址在页表内的对应条目(页表项) 
         and ebx,0x003ff000
         shr ebx,10                         ;相当于右移12位,再乘以4
         or esi,ebx                         ;页表项的线性地址 
         call allocate_a_4k_page            ;分配一个页,这才是要安装的页
         or eax,0x00000007
         mov [esi],eax 
          
         pop ds
         pop esi
         pop ebx
         pop eax
         
         retf  

;-------------------------------------------------------------------------------
create_copy_cur_pdir:                       ;创建新页目录,并复制当前页目录内容
                                            ;输入:无
                                            ;输出:EAX=新页目录的物理地址 
         push ds
         push es
         push esi
         push edi
         push ebx
         push ecx
         
         mov ebx,mem_0_4_gb_seg_sel
         mov ds,ebx
         mov es,ebx
         
         call allocate_a_4k_page            
         mov ebx,eax
         or ebx,0x00000007
         mov [0xfffffff8],ebx
         
         mov esi,0xfffff000                 ;ESI->当前页目录的线性地址
         mov edi,0xffffe000                 ;EDI->新页目录的线性地址
         mov ecx,1024                       ;ECX=要复制的目录项数
         cld
         repe movsd 
         
         pop ecx
         pop ebx
         pop edi
         pop esi
         pop es
         pop ds
         
         retf
         
;-------------------------------------------------------------------------------
terminate_current_task:                     ;终止当前任务
                                            ;注意,执行此例程时,当前任务仍在
                                            ;运行中。此例程其实也是当前任务的
                                            ;一部分 
         mov eax,core_data_seg_sel
         mov ds,eax

         pushfd
         pop edx
 
         test dx,0100_0000_0000_0000B       ;测试NT位
         jnz .b1                            ;当前任务是嵌套的,到.b1执行iretd 
         jmp far [program_man_tss]          ;程序管理器任务 
  .b1: 
         iretd

sys_routine_end:

;===============================================================================
SECTION core_data vstart=0                  ;系统核心的数据段 
;------------------------------------------------------------------------------- 
         pgdt             dw  0             ;用于设置和修改GDT 
                          dd  0

         page_bit_map     db  0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0x55,0x55,0xff
                          db  0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff
                          db  0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff
                          db  0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff
                          db  0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55
                          db  0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
                          db  0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
                          db  0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
         page_map_len     equ $-page_bit_map
                          
         ;符号地址检索表
         salt:
         salt_1           db  ‘@PrintString‘
                     times 256-($-salt_1) db 0
                          dd  put_string
                          dw  sys_routine_seg_sel

         salt_2           db  ‘@ReadDiskData‘
                     times 256-($-salt_2) db 0
                          dd  read_hard_disk_0
                          dw  sys_routine_seg_sel

         salt_3           db  ‘@PrintDwordAsHexString‘
                     times 256-($-salt_3) db 0
                          dd  put_hex_dword
                          dw  sys_routine_seg_sel

         salt_4           db  ‘@TerminateProgram‘
                     times 256-($-salt_4) db 0
                          dd  terminate_current_task
                          dw  sys_routine_seg_sel

         salt_item_len   equ $-salt_4
         salt_items      equ ($-salt)/salt_item_len

         message_0        db  ‘  Working in system core,protect mode.‘
                          db  0x0d,0x0a,0

         message_1        db  ‘  Paging is enabled.System core is mapped to‘
                          db  ‘ address 0x80000000.‘,0x0d,0x0a,0
         
         message_2        db  0x0d,0x0a
                          db  ‘  System wide CALL-GATE mounted.‘,0x0d,0x0a,0
         
         message_3        db  ‘********No more pages********‘,0
         
         message_4        db  0x0d,0x0a,‘  Task switching...@_@‘,0x0d,0x0a,0
         
         message_5        db  0x0d,0x0a,‘  Processor HALT.‘,0
         
        
         bin_hex          db ‘0123456789ABCDEF‘
                                            ;put_hex_dword子过程用的查找表 

         core_buf   times 512 db 0          ;内核用的缓冲区

         cpu_brnd0        db 0x0d,0x0a,‘  ‘,0
         cpu_brand  times 52 db 0
         cpu_brnd1        db 0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0

         ;任务控制块链
         tcb_chain        dd  0

         ;内核信息
         core_next_laddr  dd  0x80100000    ;内核空间中下一个可分配的线性地址        
         program_man_tss  dd  0             ;程序管理器的TSS描述符选择子 
                          dw  0

core_data_end:
               
;===============================================================================
SECTION core_code vstart=0
;-------------------------------------------------------------------------------
fill_descriptor_in_ldt:                     ;在LDT内安装一个新的描述符
                                            ;输入:EDX:EAX=描述符
                                            ;          EBX=TCB基地址
                                            ;输出:CX=描述符的选择子
         push eax
         push edx
         push edi
         push ds

         mov ecx,mem_0_4_gb_seg_sel
         mov ds,ecx

         mov edi,[ebx+0x0c]                 ;获得LDT基地址
         
         xor ecx,ecx
         mov cx,[ebx+0x0a]                  ;获得LDT界限
         inc cx                             ;LDT的总字节数,即新描述符偏移地址
         
         mov [edi+ecx+0x00],eax
         mov [edi+ecx+0x04],edx             ;安装描述符

         add cx,8                           
         dec cx                             ;得到新的LDT界限值 

         mov [ebx+0x0a],cx                  ;更新LDT界限值到TCB

         mov ax,cx
         xor dx,dx
         mov cx,8
         div cx
         
         mov cx,ax
         shl cx,3                           ;左移3位,并且
         or cx,0000_0000_0000_0100B         ;使TI位=1,指向LDT,最后使RPL=00 

         pop ds
         pop edi
         pop edx
         pop eax
     
         ret
      
;-------------------------------------------------------------------------------
load_relocate_program:                      ;加载并重定位用户程序
                                            ;输入: PUSH 逻辑扇区号
                                            ;      PUSH 任务控制块基地址
                                            ;输出:无 
         pushad
      
         push ds
         push es
      
         mov ebp,esp                        ;为访问通过堆栈传递的参数做准备
      
         mov ecx,mem_0_4_gb_seg_sel
         mov es,ecx
      
         ;清空当前页目录的前半部分(对应低2GB的局部地址空间) 
         mov ebx,0xfffff000
         xor esi,esi
  .b1:
         mov dword [es:ebx+esi*4],0x00000000
         inc esi
         cmp esi,512
         jl .b1
         
         ;以下开始分配内存并加载用户程序
         mov eax,core_data_seg_sel
         mov ds,eax                         ;切换DS到内核数据段

         mov eax,[ebp+12*4]                 ;从堆栈中取出用户程序起始扇区号
         mov ebx,core_buf                   ;读取程序头部数据
         call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0

         ;以下判断整个程序有多大
         mov eax,[core_buf]                 ;程序尺寸
         mov ebx,eax
         and ebx,0xfffff000                 ;使之4KB对齐 
         add ebx,0x1000                        
         test eax,0x00000fff                ;程序的大小正好是4KB的倍数吗? 
         cmovnz eax,ebx                     ;不是。使用凑整的结果

         mov ecx,eax
         shr ecx,12                         ;程序占用的总4KB页数 
         
         mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel         ;切换DS到0-4GB的段
         mov ds,eax

         mov eax,[ebp+12*4]                 ;起始扇区号
         mov esi,[ebp+11*4]                 ;从堆栈中取得TCB的基地址
  .b2:
         mov ebx,[es:esi+0x06]              ;取得可用的线性地址
         add dword [es:esi+0x06],0x1000
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page

         push ecx
         mov ecx,8
  .b3:
         call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0
         inc eax
         loop .b3

         pop ecx
         loop .b2

         ;在内核地址空间内创建用户任务的TSS
         mov eax,core_data_seg_sel          ;切换DS到内核数据段
         mov ds,eax

         mov ebx,[core_next_laddr]          ;用户任务的TSS必须在全局空间上分配 
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page
         add dword [core_next_laddr],4096
         
         mov [es:esi+0x14],ebx              ;在TCB中填写TSS的线性地址 
         mov word [es:esi+0x12],103         ;在TCB中填写TSS的界限值 
          
         ;在用户任务的局部地址空间内创建LDT 
         mov ebx,[es:esi+0x06]              ;从TCB中取得可用的线性地址
         add dword [es:esi+0x06],0x1000
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page
         mov [es:esi+0x0c],ebx              ;填写LDT线性地址到TCB中 

         ;建立程序代码段描述符
         mov eax,0x00000000
         mov ebx,0x000fffff                 
         mov ecx,0x00c0f800                 ;4KB粒度的代码段描述符,特权级3
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         mov ebx,esi                        ;TCB的基地址
         call fill_descriptor_in_ldt
         or cx,0000_0000_0000_0011B         ;设置选择子的特权级为3
         
         mov ebx,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的线性地址
         mov [es:ebx+76],cx                 ;填写TSS的CS域 

         ;建立程序数据段描述符
         mov eax,0x00000000
         mov ebx,0x000fffff                 
         mov ecx,0x00c0f200                 ;4KB粒度的数据段描述符,特权级3
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         mov ebx,esi                        ;TCB的基地址
         call fill_descriptor_in_ldt
         or cx,0000_0000_0000_0011B         ;设置选择子的特权级为3
         
         mov ebx,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的线性地址
         mov [es:ebx+84],cx                 ;填写TSS的DS域 
         mov [es:ebx+72],cx                 ;填写TSS的ES域
         mov [es:ebx+88],cx                 ;填写TSS的FS域
         mov [es:ebx+92],cx                 ;填写TSS的GS域
         
         ;将数据段作为用户任务的3特权级固有堆栈 
         mov ebx,[es:esi+0x06]              ;从TCB中取得可用的线性地址
         add dword [es:esi+0x06],0x1000
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page
         
         mov ebx,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的线性地址
         mov [es:ebx+80],cx                 ;填写TSS的SS域
         mov edx,[es:esi+0x06]              ;堆栈的高端线性地址 
         mov [es:ebx+56],edx                ;填写TSS的ESP域 

         ;在用户任务的局部地址空间内创建0特权级堆栈
         mov ebx,[es:esi+0x06]              ;从TCB中取得可用的线性地址
         add dword [es:esi+0x06],0x1000
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page

         mov eax,0x00000000
         mov ebx,0x000fffff
         mov ecx,0x00c09200                 ;4KB粒度的堆栈段描述符,特权级0
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         mov ebx,esi                        ;TCB的基地址
         call fill_descriptor_in_ldt
         or cx,0000_0000_0000_0000B         ;设置选择子的特权级为0

         mov ebx,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的线性地址
         mov [es:ebx+8],cx                  ;填写TSS的SS0域
         mov edx,[es:esi+0x06]              ;堆栈的高端线性地址
         mov [es:ebx+4],edx                 ;填写TSS的ESP0域 

         ;在用户任务的局部地址空间内创建1特权级堆栈
         mov ebx,[es:esi+0x06]              ;从TCB中取得可用的线性地址
         add dword [es:esi+0x06],0x1000
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page

         mov eax,0x00000000
         mov ebx,0x000fffff
         mov ecx,0x00c0b200                 ;4KB粒度的堆栈段描述符,特权级1
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         mov ebx,esi                        ;TCB的基地址
         call fill_descriptor_in_ldt
         or cx,0000_0000_0000_0001B         ;设置选择子的特权级为1

         mov ebx,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的线性地址
         mov [es:ebx+16],cx                 ;填写TSS的SS1域
         mov edx,[es:esi+0x06]              ;堆栈的高端线性地址
         mov [es:ebx+12],edx                ;填写TSS的ESP1域 

         ;在用户任务的局部地址空间内创建2特权级堆栈
         mov ebx,[es:esi+0x06]              ;从TCB中取得可用的线性地址
         add dword [es:esi+0x06],0x1000
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page

         mov eax,0x00000000
         mov ebx,0x000fffff
         mov ecx,0x00c0d200                 ;4KB粒度的堆栈段描述符,特权级2
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         mov ebx,esi                        ;TCB的基地址
         call fill_descriptor_in_ldt
         or cx,0000_0000_0000_0010B         ;设置选择子的特权级为2

         mov ebx,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的线性地址
         mov [es:ebx+24],cx                 ;填写TSS的SS2域
         mov edx,[es:esi+0x06]              ;堆栈的高端线性地址
         mov [es:ebx+20],edx                ;填写TSS的ESP2域 


         ;重定位SALT 
         mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel         ;访问任务的4GB虚拟地址空间时用 
         mov es,eax                         
                                                    
         mov eax,core_data_seg_sel
         mov ds,eax
      
         cld

         mov ecx,[es:0x0c]                  ;U-SALT条目数 
         mov edi,[es:0x08]                  ;U-SALT在4GB空间内的偏移 
  .b4:
         push ecx
         push edi
      
         mov ecx,salt_items
         mov esi,salt
  .b5:
         push edi
         push esi
         push ecx

         mov ecx,64                         ;检索表中,每条目的比较次数 
         repe cmpsd                         ;每次比较4字节 
         jnz .b6
         mov eax,[esi]                      ;若匹配,则esi恰好指向其后的地址
         mov [es:edi-256],eax               ;将字符串改写成偏移地址 
         mov ax,[esi+4]
         or ax,0000000000000011B            ;以用户程序自己的特权级使用调用门
                                            ;故RPL=3 
         mov [es:edi-252],ax                ;回填调用门选择子 
  .b6:
      
         pop ecx
         pop esi
         add esi,salt_item_len
         pop edi                            ;从头比较 
         loop .b5
      
         pop edi
         add edi,256
         pop ecx
         loop .b4

         ;在GDT中登记LDT描述符
         mov esi,[ebp+11*4]                 ;从堆栈中取得TCB的基地址
         mov eax,[es:esi+0x0c]              ;LDT的起始线性地址
         movzx ebx,word [es:esi+0x0a]       ;LDT段界限
         mov ecx,0x00408200                 ;LDT描述符,特权级0
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
         mov [es:esi+0x10],cx               ;登记LDT选择子到TCB中

         mov ebx,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的线性地址
         mov [es:ebx+96],cx                 ;填写TSS的LDT域 

         mov word [es:ebx+0],0              ;反向链=0
      
         mov dx,[es:esi+0x12]               ;段长度(界限)
         mov [es:ebx+102],dx                ;填写TSS的I/O位图偏移域 
      
         mov word [es:ebx+100],0            ;T=0
      
         mov eax,[es:0x04]                  ;从任务的4GB地址空间获取入口点 
         mov [es:ebx+32],eax                ;填写TSS的EIP域 

         pushfd
         pop edx
         mov [es:ebx+36],edx                ;填写TSS的EFLAGS域 

         ;在GDT中登记TSS描述符
         mov eax,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的起始线性地址
         movzx ebx,word [es:esi+0x12]       ;段长度(界限)
         mov ecx,0x00408900                 ;TSS描述符,特权级0
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
         mov [es:esi+0x18],cx               ;登记TSS选择子到TCB

         ;创建用户任务的页目录
         ;注意!页的分配和使用是由页位图决定的,可以不占用线性地址空间 
         call sys_routine_seg_sel:create_copy_cur_pdir
         mov ebx,[es:esi+0x14]              ;从TCB中获取TSS的线性地址
         mov dword [es:ebx+28],eax          ;填写TSS的CR3(PDBR)域
                   
         pop es                             ;恢复到调用此过程前的es段 
         pop ds                             ;恢复到调用此过程前的ds段
      
         popad
      
         ret 8                              ;丢弃调用本过程前压入的参数 
      
;-------------------------------------------------------------------------------
append_to_tcb_link:                         ;在TCB链上追加任务控制块
                                            ;输入:ECX=TCB线性基地址
         push eax
         push edx
         push ds
         push es
         
         mov eax,core_data_seg_sel          ;令DS指向内核数据段 
         mov ds,eax
         mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel         ;令ES指向0..4GB段
         mov es,eax
         
         mov dword [es: ecx+0x00],0         ;当前TCB指针域清零,以指示这是最
                                            ;后一个TCB
                                             
         mov eax,[tcb_chain]                ;TCB表头指针
         or eax,eax                         ;链表为空?
         jz .notcb 
         
  .searc:
         mov edx,eax
         mov eax,[es: edx+0x00]
         or eax,eax               
         jnz .searc
         
         mov [es: edx+0x00],ecx
         jmp .retpc
         
  .notcb:       
         mov [tcb_chain],ecx                ;若为空表,直接令表头指针指向TCB
         
  .retpc:
         pop es
         pop ds
         pop edx
         pop eax
         
         ret
         
;-------------------------------------------------------------------------------
start:
         mov ecx,core_data_seg_sel          ;令DS指向核心数据段 
         mov ds,ecx

         mov ecx,mem_0_4_gb_seg_sel         ;令ES指向4GB数据段 
         mov es,ecx

         mov ebx,message_0                    
         call sys_routine_seg_sel:put_string
                                         
         ;显示处理器品牌信息 
         mov eax,0x80000002
         cpuid
         mov [cpu_brand + 0x00],eax
         mov [cpu_brand + 0x04],ebx
         mov [cpu_brand + 0x08],ecx
         mov [cpu_brand + 0x0c],edx
      
         mov eax,0x80000003
         cpuid
         mov [cpu_brand + 0x10],eax
         mov [cpu_brand + 0x14],ebx
         mov [cpu_brand + 0x18],ecx
         mov [cpu_brand + 0x1c],edx

         mov eax,0x80000004
         cpuid
         mov [cpu_brand + 0x20],eax
         mov [cpu_brand + 0x24],ebx
         mov [cpu_brand + 0x28],ecx
         mov [cpu_brand + 0x2c],edx

         mov ebx,cpu_brnd0                  ;显示处理器品牌信息 
         call sys_routine_seg_sel:put_string
         mov ebx,cpu_brand
         call sys_routine_seg_sel:put_string
         mov ebx,cpu_brnd1
         call sys_routine_seg_sel:put_string

         ;准备打开分页机制
         
         ;创建系统内核的页目录表PDT
         ;页目录表清零 
         mov ecx,1024                       ;1024个目录项
         mov ebx,0x00020000                 ;页目录的物理地址
         xor esi,esi
  .b1:
         mov dword [es:ebx+esi],0x00000000  ;页目录表项清零 
         add esi,4
         loop .b1
         
         ;在页目录内创建指向页目录自己的目录项
         mov dword [es:ebx+4092],0x00020003 

         ;在页目录内创建与线性地址0x00000000对应的目录项
         mov dword [es:ebx+0],0x00021003    ;写入目录项(页表的物理地址和属性)      

         ;创建与上面那个目录项相对应的页表,初始化页表项 
         mov ebx,0x00021000                 ;页表的物理地址
         xor eax,eax                        ;起始页的物理地址 
         xor esi,esi
  .b2:       
         mov edx,eax
         or edx,0x00000003                                                      
         mov [es:ebx+esi*4],edx             ;登记页的物理地址
         add eax,0x1000                     ;下一个相邻页的物理地址 
         inc esi
         cmp esi,256                        ;仅低端1MB内存对应的页才是有效的 
         jl .b2
         
  .b3:                                      ;其余的页表项置为无效
         mov dword [es:ebx+esi*4],0x00000000  
         inc esi
         cmp esi,1024
         jl .b3 

         ;令CR3寄存器指向页目录,并正式开启页功能 
         mov eax,0x00020000                 ;PCD=PWT=0
         mov cr3,eax

         mov eax,cr0
         or eax,0x80000000
         mov cr0,eax                        ;开启分页机制

         ;在页目录内创建与线性地址0x80000000对应的目录项
         mov ebx,0xfffff000                 ;页目录自己的线性地址 
         mov esi,0x80000000                 ;映射的起始地址
         shr esi,22                         ;线性地址的高10位是目录索引
         shl esi,2
         mov dword [es:ebx+esi],0x00021003  ;写入目录项(页表的物理地址和属性)
                                            ;目标单元的线性地址为0xFFFFF200
                                             
         ;将GDT中的段描述符映射到线性地址0x80000000
         sgdt [pgdt]
         
         mov ebx,[pgdt+2]
         
         or dword [es:ebx+0x10+4],0x80000000
         or dword [es:ebx+0x18+4],0x80000000
         or dword [es:ebx+0x20+4],0x80000000
         or dword [es:ebx+0x28+4],0x80000000
         or dword [es:ebx+0x30+4],0x80000000
         or dword [es:ebx+0x38+4],0x80000000
         
         add dword [pgdt+2],0x80000000      ;GDTR也用的是线性地址 
         
         lgdt [pgdt]
        
         jmp core_code_seg_sel:flush        ;刷新段寄存器CS,启用高端线性地址 
                                             
   flush:
         mov eax,core_stack_seg_sel
         mov ss,eax
         
         mov eax,core_data_seg_sel
         mov ds,eax
          
         mov ebx,message_1
         call sys_routine_seg_sel:put_string

         ;以下开始安装为整个系统服务的调用门。特权级之间的控制转移必须使用门
         mov edi,salt                       ;C-SALT表的起始位置 
         mov ecx,salt_items                 ;C-SALT表的条目数量 
  .b4:
         push ecx   
         mov eax,[edi+256]                  ;该条目入口点的32位偏移地址 
         mov bx,[edi+260]                   ;该条目入口点的段选择子 
         mov cx,1_11_0_1100_000_00000B      ;特权级3的调用门(3以上的特权级才
                                            ;允许访问),0个参数(因为用寄存器
                                            ;传递参数,而没有用栈) 
         call sys_routine_seg_sel:make_gate_descriptor
         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
         mov [edi+260],cx                   ;将返回的门描述符选择子回填
         add edi,salt_item_len              ;指向下一个C-SALT条目 
         pop ecx
         loop .b4

         ;对门进行测试 
         mov ebx,message_2
         call far [salt_1+256]              ;通过门显示信息(偏移量将被忽略) 
      
         ;为程序管理器的TSS分配内存空间
         mov ebx,[core_next_laddr]
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page
         add dword [core_next_laddr],4096

         ;在程序管理器的TSS中设置必要的项目 
         mov word [es:ebx+0],0              ;反向链=0

         mov eax,cr3
         mov dword [es:ebx+28],eax          ;登记CR3(PDBR)

         mov word [es:ebx+96],0             ;没有LDT。处理器允许没有LDT的任务。
         mov word [es:ebx+100],0            ;T=0
         mov word [es:ebx+102],103          ;没有I/O位图。0特权级事实上不需要。
         
         ;创建程序管理器的TSS描述符,并安装到GDT中 
         mov eax,ebx                        ;TSS的起始线性地址
         mov ebx,103                        ;段长度(界限)
         mov ecx,0x00408900                 ;TSS描述符,特权级0
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
         mov [program_man_tss+4],cx         ;保存程序管理器的TSS描述符选择子 

         ;任务寄存器TR中的内容是任务存在的标志,该内容也决定了当前任务是谁。
         ;下面的指令为当前正在执行的0特权级任务“程序管理器”后补手续(TSS)。
         ltr cx

         ;现在可认为“程序管理器”任务正执行中

         ;创建用户任务的任务控制块 
         mov ebx,[core_next_laddr]
         call sys_routine_seg_sel:alloc_inst_a_page
         add dword [core_next_laddr],4096
         
         mov dword [es:ebx+0x06],0          ;用户任务局部空间的分配从0开始。
         mov word [es:ebx+0x0a],0xffff      ;登记LDT初始的界限到TCB中
         mov ecx,ebx
         call append_to_tcb_link            ;将此TCB添加到TCB链中 
      
         push dword 50                      ;用户程序位于逻辑50扇区
         push ecx                           ;压入任务控制块起始线性地址 
       
         call load_relocate_program         
      
         mov ebx,message_4
         call sys_routine_seg_sel:put_string
         
         call far [es:ecx+0x14]             ;执行任务切换。
         
         mov ebx,message_5
         call sys_routine_seg_sel:put_string

         hlt
            
core_code_end:

;-------------------------------------------------------------------------------
SECTION core_trail
;-------------------------------------------------------------------------------
core_end:

分页机制和动态页面分配

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