ASM:《X86汇编语言-从实模式到保护模式》第12章：存储器的保护

12章其实是11章的拓展，代码基本不变，就是在保护模式下展开讨论。

★PART1：存储器的保护机制

1. 修改段寄存器的保护

当执行把段选择子传到段寄存器的选择器部分的时候，处理器固件在完成传送之前，要检查和确认选择子是正确的，并且该选择子选择的描述符也是正确的。假如索引号是正确的，也就是说明索引号8+7要小于等于边界。如果超过边界，那么处理器就会终止处理，产生异常中断13，同时段寄存器的原值保持不变。

同时处理器还要对描述符的类别进行检查，如果描述符的类别进行确认，举个例子来说，如果描述符的类型只是只执行的代码段，那么则不允许加载到除了CS之外的其他段寄存器中。首先描述符的类别字段必须是有效的值，比如0000就是个无效的值。然后，处理器会对描述符的类别是否符合段寄存器的用途，规则如图。

　　　　

除了按照上表进行检查之外，还要检查描述符中的P位，如果P=0，表明虽然描述符已经被定义，但该段实际上并不存在于内存中，此时，处理器应该终止处理，引发异常中断11。一般来说，应当定义一个中断处理程序，把该描述符所对应的段从硬盘等外部存储器调入内存，然后置P位。中断返回时，处理器将再次尝试刚才的操作。如果P=1，则处理器将描述符加载到段寄存器的描述符高速缓存器，同时置A位（仅限于当前讨论的存储器的段描述符。）

可读的代码段相当于是一个ROM，可以使用段超越前缀来读其中的内容，也可以将他的描述符选择子加载到DS，ES，FS，GS作为数据段进行访问。代码段在任何时候都是不可写的。对于DS，ES，FS和GS的段选择器，可以向其加载数值为0的选择子，即

　　

但是在真正访问内存的时候，就会引发异常中断，但是对于CS和SS来说，不允许传送为0的选择子。

2. 地址变换的保护

所谓地址变换的保护，其实就是对于偏移地址的限制，保护模式下，偏移地址不允许超过段界限。

段界限的计算方式：

G=0：则实际段界限就是描述符记载的段界限

G=1,：实际段界限是描述符的界限值*0x1000+0xFFF

对于代码段，因为代码段是向上拓展的，所以偏移地址只能是从0到段界限值，也就是：

0<=(EIP+指令长度-1)<=实际使用的段界限

上面这个限制对于向上拓展的数据段也是适用的，在向上拓展的代码段中：

0<=(EA+指令长度-1)<=实际使用的段界限

对于向下拓展的数据段，特别是栈段，实际使用的段内偏移地址不允许访问最低的段界限，而对于最高端地址没有限制，最大可以是0xFFFFFFFF（32位保护模式下），也就是：

实际使用的段界限+1<=（ESP的内容 - 操作数的长度）<=0xFFFFFFFF

对于向下拓展的数据段，假设段的描述符高速缓存器里的线性基地址位0x00007c00，段的界限为0Xffffe，粒度为4KB，则实际的有效物理地址范围是

0x00007c00+0Xfffff000~0x00007c00+0xffffffff

　　即0x00006c00~0x00007bff（回绕回来了）

3. 使用别名访问代码段（alias）

有时候数据在代码段上，但是代码段是不可以读的，也不可以写，如果想对代码段做一些修改（比如调试程序加入断点int3），那只能是通过另外找一个数据段指向这个段来了（一般不推荐这么做，因为一般来说数据段和代码段要分开，不然会出现不可预料的错误。）当然别名技术并非仅仅可以用于读写代码段，如果两个程序想共享一个内存区域，可以为每个程序都创建一个描述符，使他们都指向同一个内存段。

★PART2：第12章的例程

1. 插入排序

    书上的例程用的是冒泡排序，自己改了个插入排序，感觉还不错，另外要注意的是，NASM对mov ds,ax和mov ds,eax生成的机器码都是一样的（一般来说，因为ax是16位的源操作数，理论来说应该加前缀0x66，而且有了这个前缀，处理器在执行时会多花一个时钟周期执行，很多编译器都不会区分这个区别。）

 ;---------------------主引导扇区程序---------------------
     mov eax,[cs:gdt_base+0x7c00]
     xor edx,edx
     mov ebx,0x10
     div ebx                            ;在AX得到线性基地址

     mov ds,ax                         ;把gdt_base线性基地址地址给ds
     mov bx,dx                        ;偏移地址

 ;描述符很容易错的地方是：会把高地址的32位和低地址的32位弄反
 ;------------------------描述符#0------------------------
     mov dword[ebx+0x00],0x00000000    ;NULL
     mov dword[ebx+0x04],0x00000000
 ;------------------------描述符#1------------------------
     mov dword[ebx+0x08],0x7c00fffe    ;栈段
     mov dword[ebx+0x0c],0x00cf9600
 ;------------------------描述符#2------------------------
     mov dword[ebx+0x10],0x7c0001ff    ;数据段
     mov dword[ebx+0x14],0x00409200
 ;------------------------描述符#3------------------------
     mov dword[ebx+0x18],0x7c0001ff    ;代码段
     mov dword[ebx+0x1c],0x00409800
 ;------------------------描述符#4------------------------
     mov dword[ebx+0x20],0x0000ffff    ;数据段
     mov dword[ebx+0x24],0x00cf9200
 ;--------------------------------------------------------
     mov word[cs:gdt_size+0x7c00],    ;40个字节-1            ；易错：容易漏加载大小
     lgdt [cs:gdt_size+0x7c00]        ;加载段描述符
 ;--------------------------------------------------------
     in al,0x92
     or al,0x02
     out 0x92,al                        ;快速开启A20

     cli                                ;一定要记得关闭中断！！！！！很容易遗忘
 ;--------------------------------------------------------
     mov eax,cr0
     or eax,0x01
     mov cr0,eax                        ;开启保护模式
 ;--------------------------------------------------------
     jmp 0x0018:flush                ;清空流水线并且串行化
     [bits ]
 flush:
     mov ax,0x0008
     mov ss,ax                        ;加载栈段
     mov sp,

     mov ax,0x0010                    ;加载数据段
     mov ds,ax

 ;-----------------------插入排序-------------------------
     mov ecx,gdt_size-string            ;易错：字符串有一个\0，所以大小要减去1
     cmp ecx,
     je print

     mov ebx,                    ;这个就要求至少要大于等于2
     @1:
     push ecx
     mov al,[ebx+string]
     mov [tmp],al
     mov ecx,ebx
         @2:
         mov al,[ecx+string-]
         cmp al,[tmp]
         jl @3
         mov al,[ecx+string-]
         mov [ecx+string],al
         dec ecx
         cmp ecx,
         jg @2
     @3:
     mov al,[tmp]
     mov [ecx+string],al
     pop ecx
     inc bx
     loop @1
 ;-----------------------打印已序序列------------------------
 print:
     mov ax,0x0020                        ;4GB大小的段的寻址，其实是一样的
     mov es,ax

     mov ecx,gdt_size-string
     mov edi,
     mov ebx,0xb8000
     @4:
     mov ah,0x07
     mov al,[edi+string]
     mov [es:ebx+edi*],ax
     inc di
     loop @4
 ;-------------------------停机---------------------------
 stop:
     hlt
 ;--------------------------------------------------------
 tmp:      db                             ;定义一个临时变量,注意这个东西千万不能在代码区出现！
 ;--------------------------------------------------------
 string:      db 's0ke4or92xap3fv8giuzjcy5l1m7hd6bnqtw.'
 ;--------------------------------------------------------
 gdt_size: dw 0x00
 gdt_base: dd 0x00007e00
 ;--------------------------------------------------------
     times -($-$$) db
                      dw 0xaa55

2. 课后习题第一题

 ;---------------------------12.1----------------------------
     code_start equ 0x7c00
     pos1 equ 0x0050
     pos2 equ 0x00a0

     mov eax,[cs:gdt_base+code_start]
     xor edx,edx
     mov ebx,
     div ebx                                    ;基地址在AX上，偏移地址在DX上

     mov ds,eax
     mov ebx,edx
 ;--------------------------描述符#0--------------------------
     mov dword[ebx+0x00],0x00000000
     mov dword[ebx+0x04],0x00000000
 ;--------------------------描述符#1--------------------------
     mov dword[ebx+0x08],0x7c0001ff            ;代码段
     mov dword[ebx+0x0c],0x00409800
 ;--------------------------描述符#2--------------------------
     mov dword[ebx+0x10],0x00000fff            ;要扫描的数据段,长65536*4个字节
     mov dword[ebx+0x14],0x00c09210
 ;--------------------------描述符#3--------------------------
     mov dword[ebx+0x18],0x80000fff            ;屏幕显示段
     mov dword[ebx+0x1c],0x0040920b
 ;--------------------------描述符#4--------------------------
     mov dword[ebx+0x20],0x7c0001ff            ;代码段别名段
     mov dword[ebx+0x24],0x00409200
 ;--------------------------描述符#5--------------------------
     mov dword[ebx+0x28],0x7c00fffe            ;栈段
     mov dword[ebx+0x2c],0x004f9600
 ;------------------------------------------------------------
     mov word[cs:gdt_size+code_start],        ;设定选择子界限值
     lgdt [cs:gdt_size+code_start]
 ;------------------------------------------------------------
     in al,0x92
     or al,0x02
     out 0x92,al                                ;快速开启A20
     cli                                        ;关中断
 ;------------------------------------------------------------
     mov eax,cr0
     or eax,0x01                                ;设定PE位
     mov cr0,eax
 ;------------------------------------------------------------
     jmp 0x0008:flush                        ;清空流水线并且串行化处理器，进入保护模式
     [bits ]
 flush:
     mov eax,0x0028
     mov ss,eax                                ;设置栈段
     mov sp,

     mov eax,0x0018
     mov es,eax                                ;设定显示段
     mov eax,0x0020
     mov ds,eax                                ;设定别名段
     mov eax,0x0010
     mov gs,eax                                ;设定要搜索的段

     mov edi,0x0000
     mov esi,string
     mov ecx,gdt_size-string
     call print_string

     mov esi,nums
     mov ecx,                                ;统计总数
 @scan:
     ;先显示总数
     inc dword[tmp]

     mov di,pos1            ;设定显示位置
     call cal_nums

     ;再看下能不能找到一个有效块
     mov di,pos2            ;设定显示位置
     call compare

     inc ecx
     cmp ecx,0xfffff
     jle @scan
 ;-------------------------停机------------------------------
     hlt
 ;code_end

 ;------------------------------------------------------------
 ;------------------------------------------------------------
 ;------------------------函数部分----------------------------
 ;------------------------------------------------------------
 print_string:
     push eax
     push ebx
     push ecx
     push edx

     mov ebx,edi
     mov edx,esi
     print_start:
         mov al,[edx]
         mov [es:ebx*],al
         mov byte[es:ebx*+],0x07
         inc ebx
         inc edx
         loop print_start

     pop edx
     pop ecx
     pop ebx
     pop eax
     ret
 ;------------------------------------------------------------
 cal_nums:
     push eax
     push ecx

     mov eax,[tmp]
     mov ebx,
     mov ecx,
     @1:
         xor edx,edx
         div ebx
         push edx
         inc ecx
         cmp eax,
         jne @1
     mov ebx,ecx
     mov edx,
     @2:
         pop eax
         add al,0x30
         mov [edx+nums],al
         inc edx
         loop @2
     mov ecx,ebx                            ;恢复要打印的数量
     call print_string

     pop ecx
     pop eax
     ret
 ;------------------------------------------------------------
 compare:
     push eax

     cmp dword[gs:ecx*],0x55aa55aa
     je Found_a_Block
     cmp dword[gs:ecx*],0xaa55aa55
     je Found_a_Block

     out_func:
         pop eax
         ret
     Found_a_Block:
         inc dword[found_num]
         mov eax,[found_num]
         mov [tmp],eax

         call cal_nums

         pop eax
         ret
 ;function_end    

 ;------------------------------------------------------------
 ;-------------------------数据区-----------------------------
 ;------------------------------------------------------------
     tmp:        dd
 ;------------------------------------------------------------
     found_num    dd
 ;------------------------------------------------------------
     nums: times  db
 ;------------------------------------------------------------
     string:     db 'Protect mode has been started'
 ;------------------------------------------------------------
     gdt_size:     dw
     gdt_base:     dd 0x00007e00
 ;------------------------------------------------------------
     times -($-$$) db
                      dw 0xaa55

　　结果一个0xaa55aa55或者0x55aa55aa的值都没有。