docs/tutorial/2-setup_gdt.md

   1 ## 准备工作
   2
   3 ```sh
   4 git checkout fedfd71f5492177a7c7d7fd2bd1529a832106395
   5 ```
   6
   7 观看相应视频
   8
   9 ## 代码分析
  10
  11 这个commit实现了分段。
  12
  13 libs/libc/string下面是一些字符串操作函数，比较基础，所以略过。
  14
  15 主要分析boot.S和gdt.c中的代码
  16
  17 **为了分段，我们需要准备GDT，还要使用GDTR存放GDT的入口地址。**
  18
  19 `gdt.c`中负责构造好GDT。
  20
  21 ```c
  22 #define GDT_ENTRY 5
  23
  24 uint64_t _gdt[GDT_ENTRY];
  25 uint16_t _gdt_limit = sizeof(_gdt);
  26 ```
  27
  28 GDT实际就是数组，一个单位（段描述符）是64bits。所以数组类型是`uint64_t`。_gdt_limit是GDT的大小。
  29
  30 ```c
  31 void _set_gdt_entry(uint32_t index, uint32_t base, uint32_t limit, uint32_t flags) {
  32     _gdt[index] = SEG_BASE_H(base) | flags | SEG_LIM_H(limit) | SEG_BASE_M(base);
  33     _gdt[index] <<= 32;
  34     _gdt[index] |= SEG_BASE_L(base) | SEG_LIM_L(limit);
  35 }
  36 ```
  37
  38 `_set_gdt_entry`函数负责自动地构造GDT的一个entry（段描述符）。根据资料，参数base要分成两端，保存到56-63bits（`SEG_BASE_H(base)`）和16-39bits（`SEG_BASE_M(base)`、`SEG_BASE_L(base)`）的位置[1]。limit保存到48-51bits（`SEG_LIM_L(limit)`）的位置。index表示设置第几号描述符。参数flags稍后分析。
  39
  40 ```c
  41 void
  42 _init_gdt() {
  43     _set_gdt_entry(0, 0, 0, 0);
  44     _set_gdt_entry(1, 0, 0xfffff, SEG_R0_CODE);
  45 ```
  46
  47 第0号entry默认为空，第1号的base为0、limit为0xfffff。这种分段模式叫做平坦模式。一个指令需要访问一个数据，地址设为x。需要先通过ds得到一个段描述符（base为0、limit为0xfffff）。因为标志位G为1，所以要在limit的20位的后面补充`fff`得到真实的地址范围上限，即x取值范围是`0x0`-`0xffffffff`。再通过0+x得到最后的地址。可以发现这个范围会映射到32位的所有内存地址。
  48
  49 flags为`SEG_R0_CODE`（权限为ring0的代码段）。
  50
  51 ```c
  52 #define SEG_R0_CODE         SD_TYPE(SEG_CODE_EXRD) | SD_CODE_DATA(1) | SD_DPL(0) | \
  53                             SD_PRESENT(1) | SD_AVL(0) | SD_64BITS(0) | SD_32BITS(1) | \
  54                             SD_4K_GRAN(1)
  55 ```
  56
  57 这些标志位都可以查看资料了解，`SD_DPL(0)`表示该段权限为ring0。
  58
  59 接下来使用GDTR存放GDT的入口地址
  60
  61 ```assembly
  62 .section .text
  63     .global start_
  64     .type start_, @function     /* Optional, this just give the
  65                                  * linker more knowledge about the label
  66                                  */
  67     start_:
  68         movl $stack_top, %esp
  69         /*
  70             TODO: kernel init
  71                 1. Load GDT
  72                 2. Load IDT
  73                 3. Enable paging
  74         */
  75         call _kernel_init
  76
  77         subl $0x6, %esp
  78         movl $_gdt, 2(%esp)
  79         movw _gdt_limit, %ax
  80         movw %ax, (%esp)
  81         lgdt (%esp)
  82         addl $0x6, %esp
  83 ```
  84
  85 使用lgdt来设置GDTR的值
  86
  87 `lgdt`指令的操作数为6字节，2个低位字节为GDT的大小减1，4个高位字节为GDT的32位地址。
  88
  89 在`_kernel_init`调用后，`subl $0x6, %esp`抬高了栈顶，得到6字节的位置。然后把`$_gdt`、`_gdt_limit`保存到栈上。
  90
  91 ```assembly
  92         movw $0x10, %cx
  93         movw %cx, %es
  94         movw %cx, %ds
  95         movw %cx, %fs
  96         movw %cx, %gs
  97         movw %cx, %ss
  98 ```
  99
 100 es等寄存器指向2号描述符（ring0数据段）
 101
 102 利用retf把0x8写入cs寄存器，让cs指向ring0代码段
 103
 104 ```assembly
 105         pushw $0x08
 106         pushl $_after_gdt
 107         retf
 108
 109     _after_gdt:
 110         pushl %ebx
 111         call _kernel_main
 112
 113         cli
 114     j_:
 115         hlt
 116         jmp j_
 117 ```
 118
 119 ## 参考
 120
 121 [1]https://wiki.osdev.org/Global_Descriptor_Table