从实模式到保护模式的跳转指令是怎么取到的？

2011-09-04 10:59:00 349 阅读 AI 写同款 · GEO 优化AI 选题数据监测一键分发 ›

操作系统：从实模式切换到保护模式转载请注明出处最近一直在学着自己动手制作操作系统，昨天总算是有了点成效，现作博客一篇整理下思路。本次提供的代码是从实模式到保护模式的切换，并在保护模式下打印"Hello, world!"。实验环境 lenovo G470 ubuntu11.10 bochs-2.4.6 环境搭阅读详情

好多类似的代码：
　lgdt GdtPtr //加载 GDTR
cli //关中断
//打开地址线A20
//准备切换到保护模式
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax
//真正进入保护模式，根据GDR中注册的信息，跳转到段基址0x7d00,偏移量为0的地方（pm32.c中main函数内存地址）
jmp dword SelectorSode32:0x0

执行mov cr0, eax命令之后，已经是保护模式了，此时，按实模式的解释方式cs:ip即cs*16+ip-->jmp dword SelectorSode32:0x0
但这时已经是保护模式了，此时的cs:ip为什么还是指向jmp命令呢？如果不是，那就根本执行不了jmp命令，也就乱了。

我的疑问：

mov cr0,eax是在实模式下执行的，当把这个命令取到指令缓冲寄存器的时候，ip下移，这时cs:ip指向jmp命令，接着执行
mov cr0,eax命令，此后，取指令的模式已经变了，已经从cs的投影寄存器取信息了，为什么还是取到jmp命令？

...全文

操作系统实验二：从实模式跳转到保护模式写在前面的话：编写这一个实验实在是让我感到惭愧，捣鼓了许多次，也失败了许多次，才好不容易才正确跳转到保护模式。想当初我按照《自己动手写操作系统》直接打代码，用nasm编译运行，尽管也会出现一些小错误。但仔细对照书或直接拉出源代码来对比一下就ok了。自以为已经完全弄懂了，如今换个编译器，在代码不完全通用而编译器又极度缺乏相关的参考资料、只能靠使用bochsdbg.exe一点一点调试的阅读详情

liaozhicai

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liaozhicai 2011-09-04

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[Quote=引用 2 楼 mydo 的回复:]
保护模式下实模式寄存器的内容做了升级
[/Quote]

能更详细一点吗？谢谢。

是不是这样：
保护模式下，计算线性地址，实际取用的是cs的描述符高速缓冲寄存器的基址与eip的和，那么实模式下是不是也利用了这个高速缓冲寄存器，或者说这个高速缓冲寄存器的基址部分，在实模式下置为cs*16，这样的话，执行mov cr0,eax之后，虽然处于保护模式了，但cs寄存器没有更新，高速缓冲寄存器的内容也没有更新，从高速缓冲寄存器取的值与实模式下用cs*16取的值是一样的，这样的话，还是指向jmp命令。

liaozhicai 2011-09-04

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[Quote=引用 1 楼 haojiahuo50401 的回复:]
执行mov cr0，eax命令后，进入保护模式，此时cs称为段选择子，从cs指向的段描述符中所取到的段基址再加上eip中的段偏移，正好是jmp所在的内存地址。
[/Quote]

也就是说执行mov cr0,eax命令前后的cs值既要满足cs*16+ip指向jmp命令，同时又要满足将cs值按段选择子解释索引到GDT的表项[k]，[k].base+eip也要指向jmp命令？

但实际上，没有这样构造啊？

;程序名：t10-1.asm
;功能：演示实方式和保护方式切换
;16位偏移的段间直接转移指令的宏定义
JUMP macro selector,offsetv
db 0eah ;操作码
dw offsetv ;16位偏移
dw selector ;段值或者选择子
endm
;字符显示宏指令的定义
ECHOCH macro ascii
mov ah,2
mov dl,ascii
int 21h
endm
;存储段描述符结构类型的定义
DESCRIPTOR struc
LIMITL dw 0 ;段界限(0-15)
BASEL dw 0 ;段基地址(0-15)
BASEM db 0 ;段基地址(16-23)
ATTRIBUTES dw 0 ;段属性
BASEH db 0 ;段基地址(24-31)
DESCRIPTOR ends
;伪描述符结构类型的定义
PDESC struc
LIMIT dw 0 ;16界限
BASE dd 0 ;基地址
PDESC ends
;常量定义
ATDW = 92h ;存在的可读写数据段属性值
ATCE = 98h ;存在的只执行代码段属性值
;____________________________________________________
;
.386P
;_______________________________________________________
;数据段
dseg segment use16 ;16位段
GDT label,byte ;全局描述表GDT
DUMMY DESCRIPTOR <> ;空描述符
CODE DESCRIPTOR <0ffffh,,,ATCE,>
CODE_SEL = CODE - GDT ;代码段描述符的选择子
GDTLEN = $ - GDT
DATAS DESCRIPTOR <0ffffh,0h,11h,ATDW,0>
DATAS_SEL=DATAS - GDT ;源数据段描述符的选择子
DATAD DESCRIPTOR <0ffffh,,,ATDW,>
DATAD_SEL= DATAD - GDT ;目标数据段描述符的选择子
GDTLEN = $ - GDT
;
VGDTR PDESC<GDTLEN-1,> ;伪描述符
;
BUFFERLEN = 256 ;缓冲区字节长度
BUFFER db BUFFERLEN dup(0) ;缓冲区
dseg ends
;--------------------------------------------------------
;代码段
cseg segment use16 ;16位段
assume cs:cseg, ds:dseg
start:
mov ax,dseg
mov ds,ax
;准备要加载到GDTR的伪描述符
mov bx,16
mul bx ;计算并设置GDT基地址
add ax,offset GDT ;界限已在定义时设置妥当
adc dx,0
mov word ptr VGDTR.BASE,ax
mov word ptr VGDTR.BASE+2,dx
;设置代码段描述符
mov ax,cs
mul bx
mov CODE.BASEL,ax ;代码段开始偏移为0
mov CODE.BASEM,dl ;代码段界限已在定义时设置妥当
mov CODE.BASEH,dh
;设置目标数据段描述符
mov ax,ds
mul bx ;计算并设置目标数据段基地址
add ax,offset BUFFER
adc dx,0
mov DATAD.BASEL,ax
mov DATAD.BASEM,dl
mov DATAD.BASEH,dh
;加载GDTR
LGDT qword ptr VGDTR
;
cli ;关中断
call ENABLEA20 ;打开地址线A20
;切换到保护方式
mov eax,cr0
or eax,1
mov cr0,eax
;清指令预取队列，并真正进入保护方式
JUMP <CODE_SEL>,<offset VIRTUAL>
;
VIRTUAL:;现在开始在保护方式下
mov ax,DATAS_SEL
mov ds,ax ;加载源数据段描述符
mov ax,DATAD_SEL
mov es,ax ;加载目标数据段描述符
cld
xor si,si ;设置指针初值
xor di,si
mov cx,BUFFERLEN/4 ;设置4字节为单位的缓冲区长度
repz movsd ;传送
;切换回实方式
mov eax,cr0
and eax,0fffffffeh
mov cr0,eax
;清指令预取队列，进入实方式
JUMP <seg REAL>,<offset REAL>
;
REAL: ;现在又回到实方式
call DISABLEA20 ;关闭地址线A20
sti ;开中断
;
mov ax,dseg ;重置数据段寄存器
mov ds,ax
mov si,offset BUFFER
cld ;显示缓冲区内容
mov bp,BUFFERLEN/16
NEXTLINE:
mov cx,16
NEXTCH:
lodsb
push ax
shr al,4
call TOASCII
ECHOCH al
pop ax
call TOASCII
ECHOCH al
ECHOCH ''
loop NEXTCH
ECHOCH 0dh
ECHOCH 0ah
dec bp
jnz NEXTLINE
;
mov ax,4c00h ;结束
int 21h
TOASCII proc
;把al低4位的十六进制数转换成对应的ASCII,保存在al
TOASCII endp
;
EA20 proc
;打开地址线A20,见下面的说明
EA20 endp
;
DA20 proc
;关闭地址线A20，见下面的说明
DA20 endp
cseg ends
end start

大熊猫侯佩 2011-09-04

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保护模式下实模式寄存器的内容做了升级

canmeng 2011-09-04

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执行mov cr0，eax命令后，进入保护模式，此时cs称为段选择子，从cs指向的段描述符中所取到的段基址再加上eip中的段偏移，正好是jmp所在的内存地址。

liaozhicai 2011-09-04

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还有一个问题：
GDT的各个描述符表项中间可以插一些短结构吗？如下面这段代码，DUMMY、CODE是两个完整的表项，接着是两个16位的变量，再接着又是DATAS一个完整的表项。中间两个16位的变量CODE_SEL、GDTLEN共32位，不是8个字节，之后的DATAS表项就无法8字节对齐了，STRUCT有字节对齐吗？8字节对齐？

;数据段
dseg segment use16 ;16位段
GDT label,byte ;全局描述表GDT
DUMMY DESCRIPTOR <> ;空描述符
CODE DESCRIPTOR <0ffffh,,,ATCE,>
CODE_SEL = CODE - GDT ;代码段描述符的选择子
GDTLEN = $ - GDT
DATAS DESCRIPTOR <0ffffh,0h,11h,ATDW,0>
DATAS_SEL=DATAS - GDT ;源数据段描述符的选择子
DATAD DESCRIPTOR <0ffffh,,,ATDW,>
DATAD_SEL= DATAD - GDT ;目标数据段描述符的选择子
GDTLEN = $ - GDT
;
VGDTR PDESC<GDTLEN-1,> ;伪描述符
;
BUFFERLEN = 256 ;缓冲区字节长度
BUFFER db BUFFERLEN dup(0) ;缓冲区
dseg ends

WJN92 2011-09-04

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[Quote=引用 7 楼 wjn92 的回复:]

我们的也有不可见的部分，也就是说
这个不可见的部分就是控制着CPU的操作

你可以查一下 16位使用32位寻址

或你也可以自己做个试验，进入了32位或，不更改寄存器，看看能不能在32位使用16位寻址（这个操作我已经试过的了，你也可以自己试试，呵呵）
[/Quote]

我们的寄存器也有不可见的部分，也就是说

打漏了几个字...

WJN92 2011-09-04

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我们的也有不可见的部分，也就是说
这个不可见的部分就是控制着CPU的操作

你可以查一下 16位使用32位寻址

或你也可以自己做个试验，进入了32位或，不更改寄存器，看看能不能在32位使用16位寻址（这个操作我已经试过的了，你也可以自己试试，呵呵）

canmeng 2011-09-04

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我第一次回答问题时有些想当然了，没考虑到这个高速缓冲寄存器，惭愧……

canmeng 2011-09-04

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楼主说；
执行mov cr0,eax之后，虽然处于保护模式了，但cs寄存器没有更新，高速缓冲寄存器的内容也没有更新，从高速缓冲寄存器取的值与实模式下用cs*16取的值是一样的，这样的话，还是指向jmp命令。

不错，实模式下利用了这个高速缓冲寄存器。因为高速缓冲寄存器中保存代码段的段基址，如果cs不改变，那么高速缓冲寄存器中的代码段的段基址就不会变化。cpu每次取数据都从高速缓冲寄存器中取段基址，然后加上eip的内容，作为要执行的代码所在的内存地址，这样代码执行的效率会很高。楼主的上面的那句话说的很是简洁明了，学习了。

从实模式到保护模式的跳转指令是怎么取到的？

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