程序的加载和执行（六）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记26

程序的加载和执行（六）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记26

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通过本文能学到什么？

• NASM的条件汇编
• 用NASM编译的时候，通过命令行选项定义宏
• Makefile的条件语句
• 在make命令行中覆盖Makefile中的变量值
• 第13章习题解答
• 复习如何构造栈段描述符

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我们接着上篇博文说。
在我修改后的文件中，用到了条件汇编。
比如：

%ifdef DEBUG

    put_core_salt:  ;打印内核的符号
... 
...
    put_usr_salt:  ;打印用户的符号
...
... 
%endif

下文对此进行讲解。

1.条件汇编

与C预处理器相似，NASM允许对一段源代码只在某特定条件满足时进行汇编。
注意，C语言的预处理指令是由#字符开头的一些命令，NASM编译器的预处理指令由%开头。

1.1 只在某特定条件满足时进行汇编

%if<condition>
    ;if <condition>满足时接下来的代码被汇编。
    ......

%elif<condition2>
    ; 当 if<condition>不满足，而<condition2>满足时，该段代码被汇编。
    ......

%else
    ;当<condition>跟<condition2>都不满足时，该段代码被汇编。
    ......

%endif

%else跟%elif子句都是可选的，也可以使用多于一个的%elif子句。

1.2 测试单行宏是否存在

%ifdef DEBUG
...

%endif

如果我们定义了宏DEBUG，那么省略号处的代码就会被汇编，否则不会。

以定义宏DEBUG为例，可以用两种方法。

1.3 在代码中直接定义宏

%define DEBUG

1.4 通过命令行选项

编译文件的时候，用-d 宏名称。

    -d DEBUG

例如：

 nasm c13_core.asm -o c13_core.bin -d DEBUG

注意：-d可以写成-D，它和后面宏名之间的空格也可以不要。
例如：

 nasm c13_core.asm -o c13_core.bin -dDEBUG

2.关于Makefile

因为加入了条件汇编，所以Makefile和上篇博文中的不太一样。
上篇博文地址：
程序的加载和执行（五）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记25

修改后的Makefile如下。

DEBUG = 0

BIN = c13_mbr.bin c13_core.bin c13.bin empty
A_DIR = /home/cjy/a.img
C_DIR = /home/cjy/c.img

all:$(BIN)

.PHONY:all clean

c13_mbr.bin:c13_mbr.asm
    nasm $< -o $@
    dd if=$@ of=$(A_DIR)

c13_core.bin:c13_core.asm
ifeq ($(DEBUG),1)
    nasm $< -o $@ -D DEBUG
else
    nasm $< -o $@ 
endif
    dd if=$@ of=$(C_DIR) bs=512 seek=1 conv=notrunc

c13.bin:c13.asm
    nasm $< -o $@
    dd if=$@ of=$(C_DIR) bs=512 seek=50 conv=notrunc

empty:diskdata.txt
    dd if=$< of=$(C_DIR) bs=512 seek=100 conv=notrunc
    touch $@

clean:
$(RM) $(BIN)

2.1 条件语句

首先，我们定义了一个变量（也被称作宏）DEBUG，并给其赋值为0；
需要注意的是以下几行：

ifeq ($(DEBUG),1)
    nasm $< -o $@ -D DEBUG
else
    nasm $< -o $@ 
endif

这里用到了Makefile的条件语句。执行make时，会根据运行时的不同情况选择不同的执行分支。
在这个例子中，当变量DEBUG的值为1时，就执行nasm $< -o $@ -D DEBUG ；
当变量DEBUG的值不为1时，就执行nasm $< -o $@ ；

当我们想编译带调试信息的源文件，修改Makefile中DEBUG的值为1就可以了。

但是，还有没有更简单的方法呢？

2.2 在命令行中定义变量

当命令行中的变量（宏）定义跟makefile中的定义有冲突时，以命令行中的定义为准。所以，我们可以在执行make的时候加上变量=新值，以覆盖Makefile文件中的变量值。

对于本文的例子，除了修改Makefile中DEBUG的值为1这种方法外，还有一种方法是在命令行中重新给变量（宏）赋值。

make "DEBUG=1"

注意：当没有空格的时候，引号也可以省略。由于宏定义必须作为单个参数进行传递，所以要避免使用空格，所以更妥当的方法是使用引号。

3.第13章习题解答

在本章中，用户程序只给出建议的栈大小，但并不提供栈空间。现在，修改内核程序和用户程序，改由用户程序自行提供栈空间。要求：栈段必须定义在用户程序头部之后。

在这里，我给出自己的答案，供学习者参考。

3.1 对于源文件c13.asm的修改

修改有两处。第一处是：

由于栈空间由用户程序提供，所以必须指明栈段的汇编地址和大小，这样内核程序才能有足够的信息为用户创建栈段描述符。

第二处是：

因为题目已经要求栈段必须定义在用户程序头部之后，所以这里紧接着头部定义栈空间。

小插曲
编译这个文件，会报错。

c13.asm:14: error: division operator may only be applied to scalar values
make: *** [c13.bin] 错误 1

哦，这是为什么呢？我改成了

stack_len        dd (stack_end-0)/(4*1024) 

依然报同样的错误。
通过查资料，发现有的朋友是这样回答的：

A label is a relocatable value——its value is modified by the linker/loader.The difference between two labels(in the same section) is a scalar value, and NASM will work with it.

好吧，既然同一个section的两个标号的差值是标量，那我这样写好了：

 stack_len        dd (stack_end-stack_start)/(4*1024)  

其实stack_start这个标号之前是没有的，是我为了做差值专门加上的。
你还别说，这样写真的管用，不报错了。

3.2 对源文件c13_core.asm的修改

左边的代码（配书代码），内核为用户栈分配内存，然后计算栈的高端物理地址。
右边的代码（习题代码），内核不需要分配内存，仅仅从头部取出栈的起始地址，然后计算栈的高端物理地址。
这段代码是我半年前写的，可是现在读起来也觉得陌生了。那就解释一下最关键的3行，加深自己的记忆。

469      mov edx,edi
470      add edx,[edi+0x08]                ; 栈段起始的线性地址
471      add eax,edx                       ; 得到栈的高端物理地址 

此时，DS指向了0-4GB的数据段，EDI中的内容是用户程序的加载地址。
469：EDX中是用户程序的加载地址；
470：从用户头部偏移0x08处取得section.stack.start，加上用户程序的加载地址（EDX），就得到了用户栈的起始地址。如图所示。
471：栈段描述符中的基地址，应该是栈空间的高端物理地址，所以还要加上栈的大小（在EAX中）。
如果不明白为什么这样构造栈段描述符，可以参考我的博文：
如何构造栈段描述符

3.3 在Bochs中验证程序

我们的修改对吗？“实践出真知”。

3.3.1 验证思路

因为栈空间是用户程序提供的，内核只是根据头部信息创建对应的栈段描述符。所以我们要验证的就是栈段描述符和用户定义的栈是否相符。在上面提到的博文中，我已经详细推导了如何构造栈段描述符。

用户程序的头部结构如下图所示：

本实验的用户程序的符号表有3个符号，所以头部总长度为0x328;由于用户程序的加载地址是0x100000，所以栈空间的起始地址为0x100328;又因为栈空间大小定义为0x1000(4KB)，所以栈空间的高端物理地址为0x100328+0x1000=0x101328，
这应该就是栈段描述符的基地址。

有效段界限应为0xFFFFFFFF-栈的大小（以字节为单位），即0xFFFFFFFF-0x1000=0xFFFFEFFF，这应该是栈段描述符中的段界限。

3.3.2 验证结果

在Bochs中运行程序，跑起来后，Ctrl+C暂停程序，输入info gdt可以查看GTD的信息。我们看到在下图中：

黄色划线的描述符与我们的推理相符。所以，我们的修改是正确的。

【end】