30 畅游 x86 分页机制（下）

参考

https://blog.51cto.com/13475106/category6.html及狄泰软件相关课程

 

 

 

 

 

 

 

 

代码如下：

?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416

%include "inc.asm"   PageDirBase0    equ    0x200000 PageTblBase0    equ    0x201000 PageDirBase1    equ    0x700000 PageTblBase1    equ    0x701000   ObjectAddrX     equ    0x401000 TargetAddrY     equ    0xD01000 TargetAddrZ     equ    0xE01000   org 0x9000   jmp ENTRY_SEGMENT   [section .gdt] ; GDT definition ;                                       段基址，           段界限，       段属性 GDT_ENTRY         :     Descriptor        0,                0,           0 CODE32_DESC       :     Descriptor        0,        Code32SegLen - 1,    DA_C + DA_32 VIDEO_DESC        :     Descriptor     0xB8000,         0x07FFF,         DA_DRWA + DA_32 DATA32_DESC       :     Descriptor        0,        Data32SegLen - 1,    DA_DRW + DA_32 STACK32_DESC      :     Descriptor        0,         TopOfStack32,       DA_DRW + DA_32 PAGE_DIR_DESC0    :     Descriptor    PageDirBase0,       4095,          DA_DRW + DA_32 PAGE_TBL_DESC0    :     Descriptor    PageTblBase0,       1023,          DA_DRW + DA_LIMIT_4K + DA_32 PAGE_DIR_DESC1    :     Descriptor    PageDirBase1,       4095,          DA_DRW + DA_32 PAGE_TBL_DESC1    :     Descriptor    PageTblBase1,       1023,          DA_DRW + DA_LIMIT_4K + DA_32 FLAT_MODE_RW_DESC :     Descriptor        0,             0xFFFFF,        DA_DRW + DA_LIMIT_4K + DA_32 ; GDT end   GdtLen    equ   $ - GDT_ENTRY   GdtPtr:           dw   GdtLen - 1           dd   0                         ; GDT Selector   Code32Selector      equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 VideoSelector       equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 Data32Selector      equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 Stack32Selector     equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 PageDirSelector0    equ (0x0005 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 PageTblSelector0    equ (0x0006 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 PageDirSelector1    equ (0x0007 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 PageTblSelector1    equ (0x0008 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 FlatModeRWSelector  equ (0x0009 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 ; end of [section .gdt]   TopOfStack16    equ 0x7c00   [section .dat] [bits 32] DATA32_SEGMENT:     DTOS               db  "D.T.OS!", 0     DTOS_LEN           equ $ - DTOS     DTOS_OFFSET        equ DTOS - $$     HELLO_WORLD        db  "Hello World!", 0     HELLO_WORLD_LEN    equ $ - HELLO_WORLD     HELLO_WORLD_OFFSET equ HELLO_WORLD - $$   Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT   [section .s16] [bits 16] ENTRY_SEGMENT:     mov ax, cs     mov ds, ax     mov es, ax     mov ss, ax     mov sp, TopOfStack16           ; initialize GDT for 32 bits code segment     mov esi, CODE32_SEGMENT     mov edi, CODE32_DESC           call InitDescItem           mov esi, DATA32_SEGMENT     mov edi, DATA32_DESC           call InitDescItem           mov esi, STACK32_SEGMENT     mov edi, STACK32_DESC           call InitDescItem           ; initialize GDT pointer struct     mov eax, 0     mov ax, ds     shl eax, 4     add eax, GDT_ENTRY     mov dword [GdtPtr + 2], eax       ; 1. load GDT     lgdt [GdtPtr]           ; 2. close interrupt     cli           ; 3. open A20     in al, 0x92     or al, 00000010b     out 0x92, al           ; 4. enter protect mode     mov eax, cr0     or eax, 0x01     mov cr0, eax           ; 5. jump to 32 bits code     jmp dword Code32Selector : 0     ; esi    --> code segment label ; edi    --> descriptor label InitDescItem:     push eax       mov eax, 0     mov ax, cs     shl eax, 4     add eax, esi     mov word [edi + 2], ax     shr eax, 16     mov byte [edi + 4], al     mov byte [edi + 7], ah           pop eax           ret         [section .s32] [bits 32] CODE32_SEGMENT:     mov ax, VideoSelector     mov gs, ax           mov ax, Stack32Selector     mov ss, ax           mov eax, TopOfStack32     mov esp, eax           mov ax, Data32Selector     mov ds, ax           mov ax, FlatModeRWSelector     mov es, ax           mov esi, DTOS_OFFSET     mov edi, TargetAddrY     mov ecx, DTOS_LEN           call MemCpy32           mov esi, HELLO_WORLD_OFFSET     mov edi, TargetAddrZ     mov ecx, HELLO_WORLD_LEN           call MemCpy32           mov eax, PageDirSelector0     mov ebx, PageTblSelector0     mov ecx, PageTblBase0           call InitPageTable           mov eax, PageDirSelector1     mov ebx, PageTblSelector1     mov ecx, PageTblBase1           call InitPageTable           mov eax, ObjectAddrX   ; 0x401000     mov ebx, TargetAddrY   ; 0xD01000     mov ecx, PageDirBase0           call MapAddress           mov eax, ObjectAddrX   ; 0x401000     mov ebx, TargetAddrZ   ; 0xE01000     mov ecx, PageDirBase1           call MapAddress           mov eax, PageDirBase0           call SwitchPageTable           mov ax, FlatModeRWSelector     mov ds, ax     mov ebp, ObjectAddrX     mov bx, 0x0C     mov dh, 12     mov dl, 33           call PrintString           mov eax, PageDirBase1           call SwitchPageTable           mov ax, FlatModeRWSelector     mov ds, ax     mov ebp, ObjectAddrX     mov bx, 0x0C     mov dh, 13     mov dl, 31           call PrintString           jmp $   ; es  --> flat mode ; eax --> virtual address ; ebx --> target  address ; ecx --> page directory base MapAddress:     push edi     push esi     push eax    ; [esp + 8]     push ebx    ; [esp + 4]     push ecx    ; [esp]           ; 1. 取虚地址高 10 位， 计算子页表在页目录中的位置     mov eax, [esp + 8]     shr eax, 22     and eax, 1111111111b     shl eax, 2           ; 2. 取虚地址中间 10 位， 计算物理地址在子页表中的位置     mov ebx, [esp + 8]     shr ebx, 12     and ebx, 1111111111b     shl ebx, 2           ; 3. 取子页表起始地址     mov esi, [esp]     add esi, eax     mov edi, [es:esi]     and edi, 0xFFFFF000           ; 4. 将目标地址写入子页表的对应位置     add edi, ebx     mov ecx, [esp + 4]     and ecx, 0xFFFFF000     or  ecx, PG_P | PG_USU | PG_RWW     mov [es:edi], ecx           pop ecx     pop ebx     pop eax     pop esi     pop edi           ret   ; es    --> flat mode selector ; ds:si --> source ; es:di --> destination ; cx    --> length MemCpy32:     push esi     push edi     push ecx     push ax           cmp esi, edi           ja btoe           add esi, ecx     add edi, ecx     dec esi     dec edi           jmp etob       btoe:     cmp ecx, 0     jz done     mov al, [ds:esi]     mov byte [es:edi], al     inc esi     inc edi     dec ecx     jmp btoe       etob:     cmp ecx, 0     jz done     mov al, [ds:esi]     mov byte [es:edi], al     dec esi     dec edi     dec ecx     jmp etob   done:       pop ax     pop ecx     pop edi     pop esi     ret       ; eax --> page dir base selector ; ebx --> page table base selector ; ecx --> page table base InitPageTable:     push es     push eax  ; [esp + 12]     push ebx  ; [esp + 8]     push ecx  ; [esp + 4]     push edi  ; [esp]           mov es, ax     mov ecx, 1024    ;  1K sub page tables     mov edi, 0     mov eax, [esp + 4]     or  eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW           cld       stdir:     stosd     add eax, 4096     loop stdir           mov ax, [esp + 8]     mov es, ax     mov ecx, 1024 * 1024   ; 1M pages     mov edi, 0     mov eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW           cld       sttbl:     stosd     add eax, 4096     loop sttbl           pop edi     pop ecx     pop ebx     pop eax     pop es           ret     ; eax --> page directory base SwitchPageTable:     push eax           mov eax, cr0     and eax, 0x7FFFFFFF     mov cr0, eax           mov eax, [esp]     mov cr3, eax     mov eax, cr0     or  eax, 0x80000000     mov cr0, eax           pop eax           ret     ; ds:ebp    --> string address ; bx        --> attribute ; dx        --> dh : row, dl : col PrintString:     push ebp     push eax     push edi     push cx     push dx       print:     mov cl, [ds:ebp]     cmp cl, 0     je end     mov eax, 80     mul dh     add al, dl     shl eax, 1     mov edi, eax     mov ah, bl     mov al, cl     mov [gs:edi], ax     inc ebp     inc dl     jmp print   end:     pop dx     pop cx     pop edi     pop eax     pop ebp           ret       Code32SegLen    equ    $ - CODE32_SEGMENT   [section .gs] [bits 32] STACK32_SEGMENT:     times 1024 * 4 db 0       Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENT TopOfStack32  equ Stack32SegLen - 1

 

运行结果如下：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 代码如下：

?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454

%include "inc.asm"   PageDirBase0    equ    0x200000 PageTblBase0    equ    0x201000 PageDirBase1    equ    0x700000 PageTblBase1    equ    0x701000   ObjectAddrX     equ    0x401000 TargetAddrY     equ    0xD01000 TargetAddrZ     equ    0xE01000   org 0x9000   jmp ENTRY_SEGMENT   [section .gdt] ; GDT definition ;                                       段基址，           段界限，       段属性 GDT_ENTRY         :     Descriptor        0,                0,           0 CODE32_DESC       :     Descriptor        0,        Code32SegLen - 1,    DA_C + DA_32 VIDEO_DESC        :     Descriptor     0xB8000,         0x07FFF,         DA_DRWA + DA_32 DATA32_DESC       :     Descriptor        0,        Data32SegLen - 1,    DA_DRW + DA_32 STACK32_DESC      :     Descriptor        0,         TopOfStack32,       DA_DRW + DA_32 PAGE_DIR_DESC0    :     Descriptor    PageDirBase0,       4095,          DA_DRW + DA_32 PAGE_TBL_DESC0    :     Descriptor    PageTblBase0,       1023,          DA_DRW + DA_LIMIT_4K + DA_32 PAGE_DIR_DESC1    :     Descriptor    PageDirBase1,       4095,          DA_DRW + DA_32 PAGE_TBL_DESC1    :     Descriptor    PageTblBase1,       1023,          DA_DRW + DA_LIMIT_4K + DA_32 FUNC32_DESC       :     Descriptor        0,        Func32SegLen - 1,    DA_DR + DA_32 FLAT_MODE_RW_DESC :     Descriptor        0,             0xFFFFF,        DA_DRW + DA_LIMIT_4K + DA_32 FLAT_MODE_C_DESC  :     Descriptor        0,             0xFFFFF,        DA_C + DA_LIMIT_4K + DA_32 ; GDT end   GdtLen    equ   $ - GDT_ENTRY   GdtPtr:           dw   GdtLen - 1           dd   0                         ; GDT Selector   Code32Selector      equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 VideoSelector       equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 Data32Selector      equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 Stack32Selector     equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 PageDirSelector0    equ (0x0005 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 PageTblSelector0    equ (0x0006 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 PageDirSelector1    equ (0x0007 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 PageTblSelector1    equ (0x0008 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 Func32Selector      equ (0x0009 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 FlatModeRWSelector  equ (0x000A << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 FlatModeCSelector   equ (0x000B << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 ; end of [section .gdt]   TopOfStack16    equ 0x7c00   [section .dat] [bits 32] DATA32_SEGMENT:     DTOS               db  "D.T.OS!", 0     DTOS_LEN           equ $ - DTOS     DTOS_OFFSET        equ DTOS - $$     HELLO_WORLD        db  "Hello World!", 0     HELLO_WORLD_LEN    equ $ - HELLO_WORLD     HELLO_WORLD_OFFSET equ HELLO_WORLD - $$   Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT   [section .func] [bits 32] FUNC32_SEGMENT:   ; cx --> n ; return: ;     eax --> n * n Sqr:     mov eax, 0           mov ax, cx     mul cx           retf       SqrLen  equ  $ - Sqr SqrFunc equ  Sqr - $$   ; cx --> n ; return: ;     eax --> 1 + 2 + 3 + ... + n Acc:     push cx           mov eax, 0       accloop:     add ax, cx     loop accloop           pop cx           retf       AccLen  equ  $ - Acc AccFunc equ  Acc - $$   Func32SegLen  equ  $ - FUNC32_SEGMENT   [section .s16] [bits 16] ENTRY_SEGMENT:     mov ax, cs     mov ds, ax     mov es, ax     mov ss, ax     mov sp, TopOfStack16           ; initialize GDT for 32 bits code segment     mov esi, CODE32_SEGMENT     mov edi, CODE32_DESC           call InitDescItem           mov esi, DATA32_SEGMENT     mov edi, DATA32_DESC           call InitDescItem           mov esi, STACK32_SEGMENT     mov edi, STACK32_DESC           call InitDescItem           mov esi, FUNC32_SEGMENT     mov edi, FUNC32_DESC           call InitDescItem           ; initialize GDT pointer struct     mov eax, 0     mov ax, ds     shl eax, 4     add eax, GDT_ENTRY     mov dword [GdtPtr + 2], eax       ; 1. load GDT     lgdt [GdtPtr]           ; 2. close interrupt     cli           ; 3. open A20     in al, 0x92     or al, 00000010b     out 0x92, al           ; 4. enter protect mode     mov eax, cr0     or eax, 0x01     mov cr0, eax           ; 5. jump to 32 bits code     jmp dword Code32Selector : 0     ; esi    --> code segment label ; edi    --> descriptor label InitDescItem:     push eax       mov eax, 0     mov ax, cs     shl eax, 4     add eax, esi     mov word [edi + 2], ax     shr eax, 16     mov byte [edi + 4], al     mov byte [edi + 7], ah           pop eax           ret         [section .s32] [bits 32] CODE32_SEGMENT:     mov ax, VideoSelector     mov gs, ax           mov ax, Stack32Selector     mov ss, ax           mov eax, TopOfStack32     mov esp, eax           mov ax, Func32Selector     mov ds, ax           mov ax, FlatModeRWSelector     mov es, ax           mov esi, SqrFunc     mov edi, TargetAddrY     mov ecx, SqrLen           call MemCpy32           mov esi, AccFunc     mov edi, TargetAddrZ     mov ecx, AccLen           call MemCpy32           mov eax, PageDirSelector0     mov ebx, PageTblSelector0     mov ecx, PageTblBase0           call InitPageTable           mov eax, PageDirSelector1     mov ebx, PageTblSelector1     mov ecx, PageTblBase1           call InitPageTable           mov eax, ObjectAddrX   ; 0x401000     mov ebx, TargetAddrY   ; 0xD01000     mov ecx, PageDirBase0           call MapAddress           mov eax, ObjectAddrX   ; 0x401000     mov ebx, TargetAddrZ   ; 0xE01000     mov ecx, PageDirBase1           call MapAddress           mov eax, PageDirBase0           call SwitchPageTable           mov ecx, 100           call FlatModeCSelector : ObjectAddrX           mov eax, PageDirBase1           call SwitchPageTable           mov ecx, 100           call FlatModeCSelector : ObjectAddrX           jmp $   ; es  --> flat mode ; eax --> virtual address ; ebx --> target  address ; ecx --> page directory base MapAddress:     push edi     push esi     push eax    ; [esp + 8]     push ebx    ; [esp + 4]     push ecx    ; [esp]           ; 1. 取虚地址高 10 位， 计算子页表在页目录中的位置     mov eax, [esp + 8]     shr eax, 22     and eax, 1111111111b     shl eax, 2           ; 2. 取虚地址中间 10 位， 计算物理地址在子页表中的位置     mov ebx, [esp + 8]     shr ebx, 12     and ebx, 1111111111b     shl ebx, 2           ; 3. 取子页表起始地址     mov esi, [esp]     add esi, eax     mov edi, [es:esi]     and edi, 0xFFFFF000           ; 4. 将目标地址写入子页表的对应位置     add edi, ebx     mov ecx, [esp + 4]     and ecx, 0xFFFFF000     or  ecx, PG_P | PG_USU | PG_RWW     mov [es:edi], ecx           pop ecx     pop ebx     pop eax     pop esi     pop edi           ret   ; es    --> flat mode selector ; ds:si --> source ; es:di --> destination ; cx    --> length MemCpy32:     push esi     push edi     push ecx     push ax           cmp esi, edi           ja btoe           add esi, ecx     add edi, ecx     dec esi     dec edi           jmp etob       btoe:     cmp ecx, 0     jz done     mov al, [ds:esi]     mov byte [es:edi], al     inc esi     inc edi     dec ecx     jmp btoe       etob:     cmp ecx, 0     jz done     mov al, [ds:esi]     mov byte [es:edi], al     dec esi     dec edi     dec ecx     jmp etob   done:       pop ax     pop ecx     pop edi     pop esi     ret       ; eax --> page dir base selector ; ebx --> page table base selector ; ecx --> page table base InitPageTable:     push es     push eax  ; [esp + 12]     push ebx  ; [esp + 8]     push ecx  ; [esp + 4]     push edi  ; [esp]           mov es, ax     mov ecx, 1024    ;  1K sub page tables     mov edi, 0     mov eax, [esp + 4]     or  eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW           cld       stdir:     stosd     add eax, 4096     loop stdir           mov ax, [esp + 8]     mov es, ax     mov ecx, 1024 * 1024   ; 1M pages     mov edi, 0     mov eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW           cld       sttbl:     stosd     add eax, 4096     loop sttbl           pop edi     pop ecx     pop ebx     pop eax     pop es           ret     ; eax --> page directory base SwitchPageTable:     push eax           mov eax, cr0     and eax, 0x7FFFFFFF     mov cr0, eax           mov eax, [esp]     mov cr3, eax     mov eax, cr0     or  eax, 0x80000000     mov cr0, eax           pop eax           ret     ; ds:ebp    --> string address ; bx        --> attribute ; dx        --> dh : row, dl : col PrintString:     push ebp     push eax     push edi     push cx     push dx       print:     mov cl, [ds:ebp]     cmp cl, 0     je end     mov eax, 80     mul dh     add al, dl     shl eax, 1     mov edi, eax     mov ah, bl     mov al, cl     mov [gs:edi], ax     inc ebp     inc dl     jmp print   end:     pop dx     pop cx     pop edi     pop eax     pop ebp           ret       Code32SegLen    equ    $ - CODE32_SEGMENT   [section .gs] [bits 32] STACK32_SEGMENT:     times 1024 * 4 db 0       Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENT TopOfStack32  equ Stack32SegLen - 1

 

运行结果如下：

 

 从结果上看到运行结束没有异常，若要看到具体调用过程及结果，需要使用断点调试。

 

对于页表及相关内容，总结如下：