学习笔记
《x86汇编语言：从实模式到保护模式》
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详细调用关系以及过程在整个内核程序中的作用
内核程序：过程[alloc_inst_a_page]
过程[alloc_inst_a_page]
代码流程
- 1、根据传入的线性地址EBX，计算对应的页目录表表项的线性地址，存入ESI；
- 2、视页表存在与否，尚未存在则，创建页表，登记页表；
- 3、根据传入的线性地址EBX，计算对应的页表的线性地址，存入ESI；
- 4、根据传入的线性地址EBX + 页表的线性地址，计算页表表项的线性地址，存入ESI；
- 5、为用户程序，申请一个空闲的物理页，物理页的物理地址通过EAX传回，配置页属性，将EAX存入页表（[ESI]）；
取自源码文件 c16_core.asm
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
;ESI = 页目录表表项的线性地址
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
;ESI=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
;ESI=页表表项的线性地址
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
注意：下列图解中可能的存在一个容易混淆的部分
- 有关移位操作的代码，比如右移12位再左移2位，往往直接写成右移动10位，本质上，左移两2位就是乘以4；
- 处理器进行地址转换时，对于线性地址是按照高10位 中10位 低12位的格式去解读的,要做的运算是
页目录表物理地址 + 高10位x4 = 页目录表项的线性地址
页表物理地址 + 中10位x4 = 页表表项的线性地址
物理页物理地址 + 低12位 = 真正的物理地址
- 可知，低12位本来是不需要乘以4的，但是下面的代码要么是访问页目录的表项，要么是访问页表的表项，这里面暗含着一个逻辑，那就是新的低12位其实是从旧的线性地址的要么高10位、要么中10位通过移位操作而来的，并且需要与页目录表的物理地址或者页表的物理地址结合，在移位的过程中往往就隐藏地进行了X4的操作，表现在代码的汇编指令上就是
左移2位，然后又由于汇编语法的规则，先右移22位再左移2位等价于直接右移20位，表现在图解里就是，结果的线性地址里，最右端的两位的两个0永远都不是来自最初的线性地址，而是过程中的补0，我往往使用空白底色标识出来了；
一、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
1、传入的参数 EBX=页的线性地址，有何独特之处？
- 物理页的大小是
4KB，即0x1000 Byte； -
第一个可以分配的物理页的线性起始基地址是
EBX = 0x 0000 0000； - 那么，第二个可以分配的物理页的线性起始基地址就是
EBX = 0x0000 0000 +0x1000 = 0x 0000 1000； - 同理，第三个可以分配的物理页的线性起始基地址就是
EBX = 0x0000 1000+ 0x1000 = 0x 0000 2000； - 可以很清楚地看见，作为传入参数的线性起始基地址，一定是
EBX = 0x ?????000，低12位必然全是0；
2、图解假设传入参数为 EBX =0x11122000 进行移位操作
寄存器ESI各比特值的变化.png
-
假设的EBX要满足作为物理页的线性起始基地址的基本要求，即低12位全是0，表现在十六进制0x的写法上就是0x？？？？？000； -
and 指令是为了保留，为了保留传入的线性地址的高10位，以后叫原来的高10位； -
or 指令是为了强制置为1，就是要把新的高10位以及新的中10位霸道地全部设置为1，因为0xFFFFF？？？是页目录表自己的线性基地址； -
这一小段代码， 就是为了计算出一个，可以访问页目录表自己表项的线性地址；
-
如果访问页目录表自己的表项，具体原理
-
这里只需要记住，一个线性地址，只要是以
0xFFFFF...开头的那么一定是访问页目录表自己； -
那么，原来的高10位到哪里去了？到低12位去了。现在，我们要访问的是页目录表自己的表项，这等于就是说，现在我们要访问一个物理页，页目录表就是这个物理页；
高10位 要乘以4 作为页目录表偏移量
低12位 直接作为 页的偏移量
原来的高10位变成了 现在的低12位
页目录表 不仅做页目录表 还做页表 现在更要作为 页
现在的低12位 与 现在的页 正好结合
- 现在，
ESI = 可以访问 页目录表自己表项的线性地址；
3、从页目录表表项中取出页表的物理地址，查看对应的页表是否已经存在
test dword [esi],0x00000001
jnz .b1
-
P = 1表示存在，则跳转到.b1去继续执行； -
P= 0表示还不存在，需要先申请一个物理页当做页表，然后再继续执行；
二、为页表申请一个物理页
;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
- 调用过程 allocate_a_4k_page
- 传回
EAX = 分配的空闲物理页的物理地址 - 配置页的属性
or eax,0x00000007：US=1，RW=1，P=1； - 完成登记
mov [esi],eax ;在页目录中登记该页表
三、计算要访问的页表的线性地址
.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
图解假设传入参数为 EBX =0x11122000 进行移位操作 计算要访问的页表的线性地址
- 可见，要访问页表，线性地址必然是以
0xFFC.....开头； - 访问页表表项，具体原理
- 现在，
ESI = 页表的线性地址
四、访问页表表项
;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
计算 要访问的 页表表项的线性地址
- 步骤三，
ESI = 页表的线性地址 - 过程 call allocate_a_4k_page 申请了一个物理页作为安装用户程序的物理页
EAX = 分配的空闲的物理页的物理地址- 配置页属性之后，填入页表表项
mov [esi],eax
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