30天自制操作系统（第21天）

21.1 攻克难题——字符串显示API

显示单个字符时，用 [CS:ECX] 的方式特意指定了 CS（代码段寄存器），因此可以成功读取 msg的内容。但在显示字符串时，由于无法指定段地址，程序误以为是 DS而从完全错误的内存地址中读取了内容。hrb_api并不知道代码段的起始位置位于内存的哪个地址，但cmd_app应该知道，因为当初设置这个代码段的正是cmd_app。

int cmd_app(struct CONSOLE *cons, int *fat, char *cmdline){(中略)if (finfo != 0) {/* 找到了与字符串相同的文件 */p = (char *) memman_alloc_4k(memman, finfo->size);
/*这里*/ *((int *) 0xfe8) = (int) p;file_loadfile(finfo->clustno, finfo->size, p, fat, (char *) (ADR_DISKIMG + 0x003e00));set_segmdesc(gdt + 1003, finfo->size - 1, (int) p, AR_CODE32_ER);farcall(0, 1003 * 8);memman_free_4k(memman, (int) p, finfo->size);cons_newline(cons);return 1;}return 0;
}//根据输入参数打印数据 eax为当前字符 ebx为字符串 ecx长度
void hrb_api(int edi, int esi, int ebp, int esp, int ebx, int edx, int ecx, int eax){
/*这里*/int cs_base = *((int *) 0xfe8);struct CONSOLE *cons = (struct CONSOLE *) *((int *) 0x0fec);if(edx == 1)cons_putchar(cons, eax&0xff, 1);else if(edx == 2)
/*这里*/cons_putstr0(cons, (char*)ebx+cs_base);else if(edx == 3)
/*这里*/cons_putstr1(cons, (char*)ebx+cs_base, ecx);return;
}

21.2 用C语言编写应用程序

按照之前章节的理解，都是从汇编程序中输入了提前设定的字符才能进行打印，若将其整合成一个函数，当调用该函数时，便可打印岂不是更方便？函数api_putchar就是将输入参数c写入寄存器，并调用INT 0x40，该中断执行文件console.c中的hrb_api函数进行字符打印（详情看20.6节）。

按照文件分工，hello3.c文件调用了a_nask.nas文件中的函数，需要在Makefile文件中添加如下代码（文件格式请参考30天自制操作系统（第1-3天）中的2.6节）：

hello3.bim : hello3.obj a_nask.obj Makefile
    $(OBJ2BIM) @$(RULEFILE) out:hello3.bim map:hello3.map hello3.obj a_nask.obj

hello3.hrb : hello3.bim Makefile
    $(BIM2HRB) hello3.bim hello3.hrb 0

/*                hello3.c                */
void api_putchar(int c);void HariMain(void)
{api_putchar('h');api_putchar('e');api_putchar('l');api_putchar('l');api_putchar('o');return;
}/*                a_nask.nas                */
_api_putchar: ; void api_putchar(int c);MOV 	EDX,1MOV 	AL,[ESP+4] ; cINT 	0x40RET

21.3 保护操作系统（1）

需要为应用程序提供专用的内存空间，并且告诉它们 “ 别的地方不许碰哦 ”。要做到这一点，可以创建应用程序专用的数据段，并在应用程序运行期间，将 DS 和 SS 指向该段地址。

  操作系统用代码段 ……2 * 8

  操作系统用数据段 ……1 * 8

  应用程序用代码段 ……1003 * 8

  应用程序用数据段 ……1004 * 8

int cmd_app(struct CONSOLE *cons, int *fat, char *cmdline){（中略）char name[18], *p, *q;（中略）if (finfo != 0) {/* 找到了与字符串相同的文件 */p = (char *) memman_alloc_4k(memman, finfo->size);
/*这里*/q = (char *) memman_alloc_4k(memman, 64*1024);*((int *) 0xfe8) = (int) p;file_loadfile(finfo->clustno, finfo->size, p, fat, (char *) (ADR_DISKIMG + 0x003e00));set_segmdesc(gdt + 1003, finfo->size - 1, (int) p, AR_CODE32_ER);
/*这里*/set_segmdesc(gdt + 1004, 64*1024 - 1, (int) q, AR_DATA32_RW);（中略）
/*这里*/start_app(0, 1003 * 8, 64 * 1024, 1004 * 8);memman_free_4k(memman, (int) p, finfo->size);
/*这里*/memman_free_4k(memman, (int) q, 64*1024);cons_newline(cons);return 1;}return 0;
}

;void start_app(int eip, int cs, int esp, int ds);
;操作系统栈的ESP保存在0xfe4这个地址，以便从应用程序返回操作系统时使用
_start_app:PUSHAD					;将8个32位寄存器压入栈，即8*(32/8)=32字节MOV		EAX,[ESP+36]	; 应用程序用EIPMOV		ECX,[ESP+40]	; 应用程序用CSMOV		EDX,[ESP+44]	; 应用程序用ESPMOV		EBX,[ESP+48]	; 应用程序用DS/SSMOV 	[0xfe4],ESP 	; 操作系统用ESPCLI 					; 在切换过程中禁止中断请求MOV 	ES,BXMOV 	SS,BXMOV 	DS,BXMOV 	FS,BXMOV 	GS,BXMOV 	ESP,EDX			; ESP为应用程序STI 					; 切换完成后恢复中断请求PUSH 	ECX 			; 用于far-CALL的PUSH(cs=1003*8)PUSH 	EAX 			; 用于far-CALL的PUSH(eip=0)CALL 	FAR [ESP] 		; 调用应用程序
; 应用程序结束后返回此处MOV 	EAX,1*8 		; 操作系统用DS/SSCLI 					; 再次进行切换，禁止中断请求MOV 	ES,AXMOV 	SS,AXMOV 	DS,AXMOV 	FS,AXMOV 	GS,AXMOV 	ESP,[0xfe4]		; 切换成操作系统ESPSTI 					; 切换完成后恢复中断请求POPAD 					; 恢复之前保存的寄存器值RET

21.4 对异常的支持

要想强制结束程序，只要在中断号 0x0d 中注册一个函数即可，这是因为在x86架构规范中，当应用程序试图破坏操作系统，或者试图违背操作系统的设置时，就会自动产生 0x0d 中断，因此该中断也被称为 “ 异常”。写一个与 _asm_inthandler20函数大同小异的_asm_inthandler0d函数，与_asm_inthandler20的主要区别在于增加了STI/CLI这样控制中断请求禁止、恢复的指令和根据inthandler0d的结果来执行强制结束应用程序的操作 。

_asm_inthandler0d:STIPUSH 	ESPUSH 	DSPUSHADMOV 	AX,SSCMP 	AX,1*8JNE 	.from_app; 当操作系统活动时产生中断的情况和之前差不多MOV 	EAX,ESPPUSH 	SS 				; 保存中断时的SSPUSH 	EAX 			; 保存中断时的ESPMOV 	AX,SSMOV 	DS,AXMOV 	ES,AXCALL 	_inthandler0dADD 	ESP,8POPADPOP 	DSPOP 	ESADD 	ESP,4 			; 在INT 0x0d中需要这句IRETD
.from_app:; 当应用程序活动时产生中断CLIMOV 	EAX,1*8MOV 	DS,AX 			; 先仅将DS设定为操作系统用MOV 	ECX,[0xfe4] 	; 操作系统的ESPADD 	ECX,-8MOV 	[ECX+4],SS 		; 保存产生中断时的SSMOV 	[ECX ],ESP 		; 保存产生中断时的ESPMOV 	SS,AXMOV 	ES,AXMOV 	ESP,ECXSTICALL	_inthandler0dCLICMP 	EAX,0JNE 	.killPOP 	ECXPOP 	EAXMOV 	SS,AX 			; 将SS恢复为应用程序用MOV 	ESP,ECX 		; 将ESP恢复为应用程序用POPADPOP 	DSPOP 	ESADD 	ESP,4 			; INT 0x0d需要这句IRETD
.kill:; 将应用程序强制结束MOV 	EAX,1*8 		; 操作系统用的DS/SSMOV 	ES,AXMOV 	SS,AXMOV 	DS,AXMOV 	FS,AXMOV 	GS,AXMOV 	ESP,[0xfe4] 	; 强制返回到start_app时的ESPSTI 					; 切换完成后恢复中断请求POPAD 					; 恢复事先保存的寄存器值RET