自制操作系统Antz day08——实现内核 (中) 扩展内核

2018-10-14 1447

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简介： 　　在前几天的任务中，我们已经简单实现了MBR，直接操作显示器和硬盘操作来加载其他扇区的程序，如今已经可以进入保护模式了，并且编写了我们自己的内核程序，这个内核虽然什么也没有做，但还是成功被加载进内存了。接下来我们要将这个内核程序编写详细的内容了。

1267413.html

　　Github地址：https://github.com/CasterWx

　　在前几天的任务中，我们已经简单实现了MBR，直接操作显示器和硬盘操作来加载其他扇区的程序，如今已经可以进入保护模式了，并且编写了我们自己的内核程序，这个内核虽然什么也没有做，但还是成功被加载进内存了。接下来我们要将这个内核程序编写详细的内容了。

0. 切换堆栈和GDT

 1 SELECTOR_KERNEL_CS    equ    8
 2 
 3 extern    cstart
 4 extern    gdt_ptr
 5 
 6 [SECTION .bss]
 7 StackSpace        resb    2 * 1024
 8 StackTop:        
 9 
10 [section .text]    
11 global _start    
12 
13 _start:
14     mov    esp, StackTop
15     sgdt    [gdt_ptr]    
16     call    cstart    
17     lgdt    [gdt_ptr]    
18     jmp    SELECTOR_KERNEL_CS:csinit
19 csinit:        
20     hlt

　　这四行代码就可以完成切换堆栈和更换GDT任务了。StackTop定义在.bss段中，大小为2KB，操作GDT时用到了gdt_ptr和cstart分别时一个全局变量和全局函数，定义在c代码start.c中。

#include "type.h"
#include "const.h"
#include "protect.h"

PUBLIC    void*    memcpy(void* pDst, void* pSrc, int iSize);
PUBLIC void    disp_str(char * pszInfo);

PUBLIC    t_8            gdt_ptr[6];     
PUBLIC    DESCRIPTOR        gdt[GDT_SIZE];
 
PUBLIC void cstart()
{
    disp_str("\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n-----\"cstart\" begins-----\n");

    memcpy(    &gdt,                    
        (void*)(*((t_32*)(&gdt_ptr[2]))),   
        *((t_16*)(&gdt_ptr[0])) + 1        
        );

    t_16* p_gdt_limit = (t_16*)(&gdt_ptr[0]);
    t_32* p_gdt_base  = (t_32*)(&gdt_ptr[2]);
    *p_gdt_limit = GDT_SIZE * sizeof(DESCRIPTOR) - 1;
    *p_gdt_base  = (t_32)&gdt;
}

　　cstart()首先把位于Loader中的原GDT全部复制给新的GDT，然后把gdt_ptr中的内容换为新的GDT的基地址和界限。复制GDT用的是memepy，至于它的函数定义就不详细写了，这个是c中非常出名的一个函数了。

　　当然还有一些类型，结构体和宏，这些可以放置在.h的头文件中。

　　protect.h :

 1 #ifndef    _TINIX_PROTECT_H_
 2 #define    _TINIX_PROTECT_H_
 3 
 4 typedef struct s_descriptor        /* 共 8 个字节 */
 5 {
 6     t_16    limit_low;         
 7     t_16    base_low; 
 8     t_8    base_mid;     
 9     t_8    attr1;         
10     t_8    limit_high_attr2; 
11     t_8    base_high;         
12 }DESCRIPTOR;
13 
14 #endif

　　type.h :

 1 #ifndef    _TINIX_TYPE_H_
 2 #define    _TINIX_TYPE_H_
 3 
 4 
 5 typedef    unsigned int        t_32;
 6 typedef    unsigned short        t_16;
 7 typedef    unsigned char        t_8;
 8 typedef    int            t_bool;
 9 
10 
11 #endif

　　const.h :

 1 #ifndef    _TINIX_CONST_H_
 2 #define    _TINIX_CONST_H_
 3 
 4 
 5 #define    PUBLIC     
 6 #define    PRIVATE    static    
 7 
 8 #define    GDT_SIZE    128
 9 
10 
11 #endif

　　接下来在linux下编译链接。

　　nasm -f elf -o kernel.o kernel.asm

　　nasm -f elf -o string.o string.asm

　　gcc -c -o start.o start.c

　　ld -s -Ttext 0x30400 -o kernel.bin kernel.o string.o start.o

　　将bin使用工具写入(day01或者dd) ，打开查看结果。

　　可以看到cstart成功切换了堆栈与GDT。

1. Makefile

　　随着代码量的增多，编译链接的命令也越来越多了，你可能之前没有接触过Makefile，但这是一个非常高效的东西，值得学习。

　　Makefile 是和 make 命令一起配合使用的，很多大型项目的编译都是通过 Makefile 来组织的, 如果没有 Makefile, 那很多项目中各种库和代码之间的依赖关系不知会多复杂，Makefile的组织流程的能力如此之强, 不仅可以用来编译项目, 还可以用来组织我们平时的一些日常操作. 这个需要大家发挥自己的想象力.。

　　Makefile基本语法如下：

1 target ... : prerequisites ...
2     command
3     ...

1 target ... : prerequisites ; command
2     command
3     ...

　　target也就是一个目标文件，可以是Object File，也可以是执行文件。还可以是一个标签（Label），对于标签这种特性，在后续的“伪目标”章节中会有叙述。

　　prerequisites就是要生成那个target所需要的文件或是目标。

　　command也就是make需要执行的命令。（任意的Shell命令）

　　这是一个文件的依赖关系，也就是说，target这一个或多个的目标文件依赖于prerequisites中的文件，其生成规则定义在command中。说白一点就是说，prerequisites中如果有一个以上的文件比target文件要新的话，command所定义的命令就会被执行。这就是Makefile的规则。也就是Makefile中最核心的内容。

　　来举个例子：

 1 # Makefile for boot
 2 
 3 # Programs, flags, etc.
 4 ASM        = nasm
 5 ASMFLAGS    = 
 6 
 7 # This Program
 8 TARGET        = boot.bin loader.bin
 9 
10 # All Phony Targets
11 .PHONY : everything clean all
12 
13 # Default starting position
14 everything : $(TARGET)
15 
16 clean :
17     rm -f $(TARGET)
18 
19 all : clean everything
20 
21 boot.bin : boot.asm ./include/load.inc ./include/fat12hdr.inc
22     $(ASM) $(ASMFLAGS) -o $@ $<
23 
24 loader.bin : loader.asm ./include/load.inc ./include/fat12hdr.inc ./include/pm.inc
25     $(ASM) $(ASMFLAGS) -o $@ $<

　　#是注释的意思， =用来定义变量， ASM和ASMFLAGS就是两个变量，使用变量要用$(ASM)和$(ASMFLAGS) 。

　　对于 target : prerequistites

　　　　　　　　　　command

　　意思就是想要得到target就需要指向命令command。

　　target依赖于prerequistites，当prerequistites中至少有一个文件比target文件新时，command才会执行。

　　看看最后两行，要想得到loader.bin就需要执行命令：$(ASM) $(ASMFLAGS) -o $@ $<

　　loader.bin依赖于loader.asm load.inc fat12hdr.inc pm.inc ，这些中只要有一个比target新，command就会执行。

　　那么这里的command是什么意思呢？

1 $(ASM) $(ASMFLAGS) -o $@ $<

　　$@ $< 其实就是target，prerequistites的第一个名字，所以这个命令等价于

1 nasm -o loader.bin loader.asm

　　此外你可能还发现了在外的大标签，他们是动作名称，如everything,all,clean，它们用于make后面，比如make all ,make clean，然后就会执行相应的当作。

　　对于Makefile我们目前只需要知道这些就可以了。

　　对于Antz内核的编写将会暂时停止几天，最近准备看看Linux内核的相关知识。同步会更新在https://www.cnblogs.com/LexMoon/category/1267413.html

自制操作系统Antz day08——实现内核 (中) 扩展内核

Antz系统更新地址： https://www.cnblogs.com/LexMoon/category/1262287.html
　　Linux内核源码分析地址：https://www.cnblogs.com/LexMoon/category/1267413.html

Github地址：https://github.com/CasterWx

0. 切换堆栈和GDT

1. Makefile

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