程序的加載和執行（六）——《x86匯編語言：從實模式到保護模式》讀書筆記26

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通過本文能學到什么？

• NASM的條件匯編
• 用NASM編譯的時候，通過命令行選項定義宏
• Makefile的條件語句
• 在make命令行中覆蓋Makefile中的變量值
• 第13章習題解答
• 復習如何構造棧段描述符

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我們接著上篇博文說。
在我修改后的文件中，用到了條件匯編。
比如：

%ifdef DEBUGput_core_salt: ;打印內核的符號... ...put_usr_salt: ;打印用戶的符號...... %endif

下文對此進行講解。

1.條件匯編

與C預處理器相似，NASM允許對一段源代碼只在某特定條件滿足時進行匯編。
注意，C語言的預處理指令是由#字符開頭的一些命令，NASM編譯器的預處理指令由%開頭。

1.1 只在某特定條件滿足時進行匯編

%if<condition>;if <condition>滿足時接下來的代碼被匯編。......%elif<condition2>; 當 if<condition>不滿足，而<condition2>滿足時，該段代碼被匯編。......%else;當<condition>跟<condition2>都不滿足時，該段代碼被匯編。......%endif

%else跟%elif子句都是可選的，也可以使用多于一個的%elif子句。

1.2 測試單行宏是否存在

%ifdef DEBUG...%endif

如果我們定義了宏DEBUG，那么省略號處的代碼就會被匯編，否則不會。

以定義宏DEBUG為例，可以用兩種方法。

1.3 在代碼中直接定義宏

%define DEBUG

1.4 通過命令行選項

編譯文件的時候，用-d 宏名稱。

-d DEBUG

例如：

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

注意：-d可以寫成-D，它和后面宏名之間的空格也可以不要。
例如：

nasm c13_core.asm -o c13_core.bin -dDEBUG

2.關于Makefile

因為加入了條件匯編，所以Makefile和上篇博文中的不太一樣。
上篇博文地址：
程序的加載和執行（五）——《x86匯編語言：從實模式到保護模式》讀書筆記25

修改后的Makefile如下。

DEBUG = 0BIN = c13_mbr.bin c13_core.bin c13.bin empty A_DIR = /home/cjy/a.img C_DIR = /home/cjy/c.imgall:$(BIN).PHONY:all cleanc13_mbr.bin:c13_mbr.asmnasm $< -o $@dd if=$@ of=$(A_DIR)c13_core.bin:c13_core.asm ifeq ($(DEBUG),1)nasm $< -o $@ -D DEBUG elsenasm $< -o $@ endifdd if=$@ of=$(C_DIR) bs=512 seek=1 conv=notruncc13.bin:c13.asmnasm $< -o $@dd if=$@ of=$(C_DIR) bs=512 seek=50 conv=notruncempty:diskdata.txtdd if=$< of=$(C_DIR) bs=512 seek=100 conv=notrunctouch $@clean:$(RM) $(BIN)

2.1 條件語句

首先，我們定義了一個變量（也被稱作宏）DEBUG，并給其賦值為0；
需要注意的是以下幾行：

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

這里用到了Makefile的條件語句。執行make時，會根據運行時的不同情況選擇不同的執行分支。
在這個例子中，當變量DEBUG的值為1時，就執行nasm $< -o $@ -D DEBUG ；
當變量DEBUG的值不為1時，就執行nasm $< -o $@ ；

當我們想編譯帶調試信息的源文件，修改Makefile中DEBUG的值為1就可以了。

但是，還有沒有更簡單的方法呢？

2.2 在命令行中定義變量

當命令行中的變量（宏）定義跟makefile中的定義有沖突時，以命令行中的定義為準。所以，我們可以在執行make的時候加上變量=新值，以覆蓋Makefile文件中的變量值。

對于本文的例子，除了修改Makefile中DEBUG的值為1這種方法外，還有一種方法是在命令行中重新給變量（宏）賦值。

make "DEBUG=1"

注意：當沒有空格的時候，引號也可以省略。由于宏定義必須作為單個參數進行傳遞，所以要避免使用空格，所以更妥當的方法是使用引號。

3.第13章習題解答

在本章中，用戶程序只給出建議的棧大小，但并不提供棧空間。現在，修改內核程序和用戶程序，改由用戶程序自行提供棧空間。要求：棧段必須定義在用戶程序頭部之后。

在這里，我給出自己的答案，供學習者參考。

3.1 對于源文件c13.asm的修改

修改有兩處。第一處是：

由于棧空間由用戶程序提供，所以必須指明棧段的匯編地址和大小，這樣內核程序才能有足夠的信息為用戶創建棧段描述符。

第二處是：

因為題目已經要求棧段必須定義在用戶程序頭部之后，所以這里緊接著頭部定義棧空間。

小插曲
編譯這個文件，會報錯。

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

哦，這是為什么呢？我改成了

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

依然報同樣的錯誤。
通過查資料，發現有的朋友是這樣回答的：

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，既然同一個section的兩個標號的差值是標量，那我這樣寫好了：

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

其實stack_start這個標號之前是沒有的，是我為了做差值專門加上的。
你還別說，這樣寫真的管用，不報錯了。

3.2 對源文件c13_core.asm的修改

左邊的代碼（配書代碼），內核為用戶棧分配內存，然后計算棧的高端物理地址。
右邊的代碼（習題代碼），內核不需要分配內存，僅僅從頭部取出棧的起始地址，然后計算棧的高端物理地址。
這段代碼是我半年前寫的，可是現在讀起來也覺得陌生了。那就解釋一下最關鍵的3行，加深自己的記憶。

469 mov edx,edi 470 add edx,[edi+0x08] ; 棧段起始的線性地址 471 add eax,edx ; 得到棧的高端物理地址

此時，DS指向了0-4GB的數據段，EDI中的內容是用戶程序的加載地址。
469：EDX中是用戶程序的加載地址；
470：從用戶頭部偏移0x08處取得section.stack.start，加上用戶程序的加載地址（EDX），就得到了用戶棧的起始地址。如圖所示。
471：棧段描述符中的基地址，應該是棧空間的高端物理地址，所以還要加上棧的大小（在EAX中）。
如果不明白為什么這樣構造棧段描述符，可以參考我的博文：
如何構造棧段描述符

3.3 在Bochs中驗證程序

我們的修改對嗎？“實踐出真知”。

3.3.1 驗證思路

因為棧空間是用戶程序提供的，內核只是根據頭部信息創建對應的棧段描述符。所以我們要驗證的就是棧段描述符和用戶定義的棧是否相符。在上面提到的博文中，我已經詳細推導了如何構造棧段描述符。

用戶程序的頭部結構如下圖所示：

本實驗的用戶程序的符號表有3個符號，所以頭部總長度為0x328;由于用戶程序的加載地址是0x100000，所以棧空間的起始地址為0x100328;又因為棧空間大小定義為0x1000(4KB)，所以棧空間的高端物理地址為0x100328+0x1000=0x101328，
這應該就是棧段描述符的基地址。

有效段界限應為0xFFFFFFFF-棧的大小（以字節為單位），即0xFFFFFFFF-0x1000=0xFFFFEFFF，這應該是棧段描述符中的段界限。

3.3.2 驗證結果

在Bochs中運行程序，跑起來后，Ctrl+C暫停程序，輸入info gdt可以查看GTD的信息。我們看到在下圖中：

黃色劃線的描述符與我們的推理相符。所以，我們的修改是正確的。

【end】

總結

以上是生活随笔為你收集整理的程序的加载和执行（六）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记26的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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