学习笔记

使用教材（配书源码以及使用方法）
《一个64位操作系统的设计与实现》
http://www.ituring.com.cn/book/2450
https://www.jianshu.com/p/28f9713a9171

源码结构

• 配书代码包 ：第4章 \ 程序 \ 程序4-4

程序4-4 源码结构

• main.c

#include "lib.h"
#include "printk.h"
#include "gate.h"

void Start_Kernel(void)
{

 . . . 

    color_printk(YELLOW,BLACK,"Hello\t\t World!\n");

    i = 1/0;

    while(1)
        ;
}

测试运行

• 反汇编 objdump -D system 查看 color_printk 函数调用情况
  

  反汇编 查看 color_printk函数调用.png

• 当遇到 1/0 除法错误时，触发中断，在屏幕显示黑底红字的错误信息"Unknown interrupt or fault at RIP\n"
  

  程序4-4 运行结果

[anno@localhost bootloader]$ make
nasm boot.asm -o boot.bin
nasm loader.asm -o loader.bin

[anno@localhost kernel]$ make
gcc -E  head.S > head.s
as --64 -o head.o head.s
gcc  -mcmodel=large -fno-builtin -m64 -c main.c
main.c: In function ‘Start_Kernel’:
main.c:72: warning: division by zero
gcc  -mcmodel=large -fno-builtin -m64 -c printk.c
ld -b elf64-x86-64 -z muldefs -o system head.o main.o printk.o -T Kernel.lds 
objcopy -I elf64-x86-64 -S -R ".eh_frame" -R ".comment" -O binary system kernel.bin

[anno@localhost 4-4]$ ls
bochsrc  boot.img  bootloader  kernel  media

[anno@localhost 4-4]$ sudo mount boot.img media -t vfat -o loop
[anno@localhost 4-4]$ sudo cp bootloader/loader.bin media
[anno@localhost 4-4]$ sync
[anno@localhost 4-4]$ sudo cp bootloader/boot.bin media
[anno@localhost 4-4]$ sync
[anno@localhost 4-4]$ sudo cp kernel/kernel.bin media
[anno@localhost 4-4]$ sync

[anno@localhost 4-4]$ bochs -f ./bochsrc

源码分析

程序4-4 代码功能

• 模块setup_IDT负责往IDT（中断描述符表）填入中断描述符（单个表项占用16Byte），中断描述符的格式参考（Figure 6-7. 64-Bit IDT Gate Descriptors）；

• 目前，只写了一个中断处理程序ignore_int，功能是在发生中断时在屏幕显示黑底红字的错误信息"Unknown interrupt or fault at RIP\n"，并随即进入死循环；

• 根据描述符格式要求，现在利用ignore_int所在的内核数据段选择子0x10以及ignore_int的入口偏移地址，来创建中断描述符，并且往目前的IDT表的全部256个表项都填入这个相同的描述符（即目前无论发什么异常错误，都调用的是ignore_int）

程序4-4 源码解析

内存示意图

程序4-4 内存示意图.png

setup_IDT ：格式化中断描述符

程序4-4 setup_IDT.png

ignore_int ：中断处理程序

程序4-4 ignore_int.png

• color_printk的函数原型定义在源码文件 kernel\printk.h中
• 在 kernel\main.c 文件中，通过#include "printk.h"导入了这个头文件，使用color_printk(YELLOW,BLACK,"Hello\t\t World!\n"); 进行函数调用，这是C语言的做法；
• 在 kernel\head.S 文件中，通过寄存器传递输入参数，使用汇编语句 callq color_printk 进行函数调用，这是汇编里的 callq + 标号名的做法；
• 在反汇编之后，可以看到全部的源码文件被集合到了一起，大家都是汇编、大家都是机器码，这就是为什么可以用callq + 标号名了；

setup_TSS64 ：格式化TSS描述符，并填入GDT表

程序4-4 setup_TSS64.png

参考资料

• IA-32e 中断处理过程 以及 IDT 中断描述符格式

Intel® 64 and IA-32 Architectures
Software Developer’s Manual
Volume 3 (3A, 3B, 3C & 3D): System Programming Guide

Figure 6-3. Interrupt Procedure Call
Figure 6-7. 64-Bit IDT Gate Descriptors

6.2 EXCEPTION AND INTERRUPT VECTORS

7.2.2 TSS Descriptor

7.2.2 TSS Descriptor

• 汇编指令 lea

lea