orange's一个操作系统的实现--学习过程第三章：a代码反汇编分析

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于渊著

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本文通过分析汇编语言编译的二进制程序，详细解释了如何利用bochs调试器逐步执行指令，并观察全局描述符表（GDT）的变化过程。文章重点介绍了如何设置和加载GDT，以及如何从实模式切换到保护模式。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

因为汇编语言编译的二进制程序在内存中和本身文件是一样的，把汇编出来的pmtest1.bin文件的16进制复制出来分析一下
（区别是文件只能看到静态结果，无法执行）

可以通过bochs调试模式，一步一步的执行，观察gdt数据结构的变化。
虽然是CPU支持保护模式的gdt方式，但是需要程序自己构造数据结构保存数据，程序自己动态的使用自己的数据。

--汇编出来的二进制文件pmtest1.bin文件
00000000h: E9 21 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 14 00 00 00 ; ?..............
00000010h: 00 98 40 00 FF FF 00 80 0B 92 00 00 17 00 00 00 ; .楡..€.?.....
00000020h: 00 00 00 00 8C C8 8E D8 8E C0 8E D0 BC 00 01 66 ; ....屓庁幚幮?.f
00000030h: 31 C0 8C C8 66 C1 E0 04 66 05 80 7C 00 00 A3 0E ; 1缹萬拎.f.€|..?
00000040h: 7C 66 C1 E8 10 A2 10 7C 88 26 13 7C 66 31 C0 8C ; |f凌.?|?.|f1缹
00000050h: D8 66 C1 E0 04 66 05 04 7C 00 00 66 A3 1E 7C 0F ; 豧拎.f..|..f?|.
00000060h: 01 16 1C 7C FA E4 92 0C 02 E6 92 0F 20 C0 66 83 ; ...|?.鎾. 纅?
00000070h: C8 01 0F 22 C0 66 EA 00 00 00 00 08 00 00 00 00 ; ?."纅?........
00000080h: 66 B8 10 00 8E E8 BF 7E 07 00 00 B4 0C B0 50 65 ; f?.庤縹...?癙e
00000090h: 66 89 07 EB FE ; f?膻

----------使用bochs调试模式进行反汇编
--前3个字节是一个jmp指令
00007c00: ( ): jmp .+33 ; e92100
E9 21 00
--多了一个字节00 不知道为什么 ----------因为段是4字节对齐的即段的长度是4字节的倍数。NASM对于每个SECTION，默认按4字节对齐。
--对应源码
org 07c00h
jmp LABEL_BEGIN

--bochs调试
<bochs:1> b 0x7c00
<bochs:2> c
(0) Breakpoint 1, 0x0000000000007c00 in ?? ()
Next at t=65538738
(0) [0x000000007c00] 0000:7c00 (unk. ctxt): jmp .+33 (0x00007c24) ; e92100
<bochs:3> u /16 0x7c00
00007c00: ( ): jmp .+33 ; e92100
00007c03: ( ): add byte ptr ds:[bx+si], al ; 0000
00007c05: ( ): add byte ptr ds:[bx+si], al ; 0000
00007c07: ( ): add byte ptr ds:[bx+si], al ; 0000

--3个gdt（每个8个字节）
00 00 00 00 00 00 00 00
14 00 00 00 00 98 40 00
FF FF 00 80 0B 92 00 00

<bochs:8> x /24bx 0x7c04
[bochs]:
0x0000000000007c04 <bogus+ 0>: 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00
0x0000000000007c0c <bogus+ 8>: 0x14 0x00 0x00 0x00 0x00 0x98 0x40 0x00
0x0000000000007c14 <bogus+ 16>: 0xff 0xff 0x00 0x80 0x0b 0x92 0x00 0x00

--源码
LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符
LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32; 非一致代码段
LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW ; 显存首地址
; GDT 结束

DA_32       EQU   4000h   ; 32 位段
DA_C       EQU   98h   ; 存在的只执行代码段属性值
DA_DRW       EQU   92h   ; 存在的可读写数据段属性值

; 描述符
; usage: Descriptor Base, Limit, Attr
; Base: dd
; Limit: dd (low 20 bits available)
; Attr: dw (lower 4 bits of higher byte are always 0)
%macro Descriptor 3
   dw   %2 & 0FFFFh               ; 段界限1
   dw   %1 & 0FFFFh               ; 段基址1
   db   (%1 >> 16) & 0FFh           ; 段基址2
   dw   ((%2 >> 8) & 0F00h) | (%3 & 0F0FFh)   ; 属性1 + 段界限2 + 属性2
   db   (%1 >> 24) & 0FFh           ; 段基址3
%endmacro ; 共 8 字节

; 图示二

; 高地址………………………………………………………………………低地址; | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
; |7654321076543210765432107654321076543210765432107654321076543210|   <- 共 8 字节
; |--------========--------========--------========--------========|
; ┏━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━┓
; ┃31..24┃ (见下图) ┃ 段基址(23..0) ┃ 段界限(15..0)┃
; ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
; ┃ 基址2┃③│②│ ① ┃基址1b │ 基址1a ┃ 段界限1 ┃
; ┣━━━╋━━━┳━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━┫
; ┃ %6 ┃ %5 ┃ %4 ┃ %3 ┃ %2 ┃ %1 ┃
; ┗━━━┻━━━┻━━━┻━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━┛
; │ \_________
; │ \__________________
; │ \________________________________________________
; │ \
; ┏━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┳━━┓
; ┃ 7 ┃ 6 ┃ 5 ┃ 4 ┃ 3 ┃ 2 ┃ 1 ┃ 0 ┃ 7 ┃ 6 ┃ 5 ┃ 4 ┃ 3 ┃ 2 ┃ 1 ┃ 0 ┃
; ┣━━╋━━╋━━╋━━╋━━┻━━┻━━┻━━╋━━╋━━┻━━╋━━╋━━┻━━┻━━┻━━┫
; ┃ G ┃ D ┃ 0 ┃ AVL┃ 段界限 2 (19..16) ┃ P ┃ DPL ┃ S ┃ TYPE ┃
; ┣━━┻━━┻━━┻━━╋━━━━━━━━━━━╋━━┻━━━━━┻━━┻━━━━━━━━━━━┫
; ┃ ③: 属性 2 ┃ ②: 段界限 2 ┃ ①: 属性1 ┃
; ┗━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛
; 高地址低地址
;
;
--文件内容
17 00 00 00 00 00
--源码
GdtLen       equ   $ - LABEL_GDT   ; GDT长度
GdtPtr       dw   GdtLen - 1   ; GDT界限 ==23
       dd   0       ; GDT基地址

--从开始段已经过去34个字节有2个字节的00 ----------因为每个段都是4字节对齐的即段的长度是4字节的倍数
00 00

--已经过去36个字节即0x24个字节反编译一下是第一个指令跳转过来的地方
<bochs:23> u /16 0x7c24
00007c24: ( ): mov ax, cs ; 8cc8
00007c26: ( ): mov ds, ax ; 8ed8
00007c28: ( ): mov es, ax ; 8ec0
00007c2a: ( ): mov ss, ax ; 8ed0
00007c2c: ( ): mov sp, 0x0100 ; bc0001

--源码
[SECTION .s16]
[BITS   16]
LABEL_BEGIN:
   mov   ax, cs
   mov   ds, ax
   mov   es, ax
   mov   ss, ax
   mov   sp, 0100h

--二进制文件内容
8C C8 8E D8 8E C0 8E D0 BC 00 01

--从0x2f个字节反编译一下
<bochs:12> u /16 0x7c2f
00007c2f: ( ): xor eax, eax ; 6631c0
00007c32: ( ): mov ax, cs ; 8cc8
00007c34: ( ): shl eax, 0x04 ; 66c1e004
00007c38: ( ): add eax, 0x00007c80 ; 6605807c0000
00007c3e: ( ): mov word ptr ds:0x7c0e, ax ; a30e7c
00007c41: ( ): shr eax, 0x10 ; 66c1e810
00007c45: ( ): mov byte ptr ds:0x7c10, al ; a2107c
00007c48: ( ): mov byte ptr ds:0x7c13, ah ; 8826137c

--源码
   ; 初始化 32 位代码段描述符
   xor   eax, eax
   mov   ax, cs
   shl   eax, 4
   add   eax, LABEL_SEG_CODE32
   mov   word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax
   shr   eax, 16
   mov   byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al
   mov   byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah

--二进制文件内容
66 31 C0 8C C8 66 C1 E0 04 66 05 80 7C 00 00 A3 0E
7C 66 C1 E8 10 A2 10 7C 88 26 13 7C

--从0x4c个字节反编译一下
<bochs:13> u /16 0x7c4c
00007c4c: ( ): xor eax, eax ; 6631c0
00007c4f: ( ): mov ax, ds ; 8cd8
00007c51: ( ): shl eax, 0x04 ; 66c1e004
00007c55: ( ): add eax, 0x00007c04 ; 6605047c0000
00007c5b: ( ): mov dword ptr ds:0x7c1e, eax ; 66a31e7c
00007c5f: ( ): lgdt ds:0x7c1c ; 0f01161c7c
00007c64: ( ): cli ; fa
00007c65: ( ): in al, 0x92 ; e492
00007c67: ( ): or al, 0x02 ; 0c02
00007c69: ( ): out 0x92, al ; e692
00007c6b: ( ): mov eax, cr0 ; 0f20c0
00007c6e: ( ): or eax, 0x00000001 ; 6683c801
00007c72: ( ): mov cr0, eax ; 0f22c0
00007c75: ( ): jmpf 0x0008:00000000 ; 66ea000000000800

--源码
   ; 为加载 GDTR 作准备
   xor   eax, eax
   mov   ax, ds
   shl   eax, 4
   add   eax, LABEL_GDT       ; eax <- gdt 基地址
   mov   dword [GdtPtr + 2], eax   ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址

; 加载 GDTR
lgdt [GdtPtr]

; 关中断
cli

   ; 打开地址线A20
   in   al, 92h
   or   al, 00000010b
   out   92h, al

   ; 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
   jmp   dword SelectorCode32:0   ; 执行这一句会把 SelectorCode32 装入 cs,
                   ; 并跳转到 Code32Selector:0 处
; END of [SECTION .s16]
--二进制文件内容
66 31 C0 8C
D8 66 C1 E0 04 66 05 04 7C 00 00 66 A3 1E 7C 0F
01 16 1C 7C FA E4 92 0C 02 E6 92 0F 20 C0 66 83
C8 01 0F 22 C0
66 EA 00 00 00 00 08 00

--因为每个段都是4字节对齐的补位3个字节0x00
00 00 00

--从0x80个字节反编译一下

由于从这儿开始是32位代码段，需要主动指定反编译代码段的大小

<bochs:18> u size=32
<bochs:19> u /16 0x7c80
00007c80: ( ): mov ax, 0x0010 ; 66b81000
00007c84: ( ): mov gs, ax ; 8ee8
00007c86: ( ): mov edi, 0x0000077e ; bf7e070000
00007c8b: ( ): mov ah, 0x0c ; b40c
00007c8d: ( ): mov al, 0x50 ; b050
00007c8f: ( ): mov word ptr gs:[edi], ax ; 65668907
00007c93: ( ): jmp .-2 ; ebfe
00007c95: ( ): add byte ptr ds:[eax], al ; 0000
00007c97: ( ): add byte ptr ds:[eax], al ; 0000
00007c99: ( ): add byte ptr ds:[eax], al ; 0000

--源码
[SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.
[BITS 32]

LABEL_SEG_CODE32:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)

   mov   edi, (80 * 11 + 79) * 2   ; 屏幕第 11 行, 第 79 列。
   mov   ah, 0Ch           ; 0000: 黑底 1100: 红字
   mov   al, 'P'
   mov   [gs:edi], ax

; 到此停止
jmp $

--二进制文件内容
66 B8 10 00 8E E8 BF 7E 07 00 00 B4 0C B0 50 65
66 89 07 EB FE

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