在Linux内核中从真实模式转换为保护模式-Java 学习之路

我目前正在研究操作系统的低级组织 . 为了实现我想要了解Linux内核是如何加载的 .

我无法理解的是从16位（实模式）到32位（保护模式）的转换 . 它发生在this file .

protected_mode_jump 函数对稍后执行的32位代码执行各种辅助计算，然后在 CR0 reguster中启用 PE 位

movl    %cr0, %edx
    orb $X86_CR0_PE, %dl    # Protected mode
    movl    %edx, %cr0

然后执行长跳转到32位代码：

# Transition to 32-bit mode
    .byte   0x66, 0xea      # ljmpl opcode
2:  .long   in_pm32         # offset
    .word   __BOOT_CS       # segment

据我所知_239016_是32位函数的地址，它在 protected_mode_jump 下方声明：

.code32
    .section ".text32","ax"
GLOBAL(in_pm32)
    # some code
    # ...
    # some code
ENDPROC(in_pm32)

__BOOT_CS 扇区基数为0（事先设置GDT here），这意味着偏移量基本上应该是 in_pm32 函数的绝对地址 .

这就是问题所在 . 在机器代码生成期间，汇编器/链接器不应该知道 in_pm32 函数的绝对地址，因为它不知道在实模式下它将在内存中加载的位置（各种引导加载程序可以占用不同的空间量，而实模式内核在引导加载程序之后加载 .

此外，链接器脚本（同一文件夹中的 setup.ld ）将代码的原点设置为0，因此似乎 in_pm32 地址将是从实模式内核开始的偏移量 . 它应该可以正常使用16位代码，因为 CS 寄存器设置正确，但是当发生长跳转时，CPU已经处于保护模式，因此相对偏移不应该起作用 .

所以我的问题：如果偏移量（ .long in_pm32 ）是相对的，为什么保护模式（ .byte 0x66, 0xea ）中的长跳设置正确的代码位置？

好像我错过了一些非常重要的东西 .

1 回答

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看来您的问题实际上是关于存储在下一行的偏移量是如何工作的，因为它相对于段的开始，不一定是内存的开始：
```
2:  .long   in_pm32         # offset
```
确实 in_pm32 是相对于linker script使用的偏移量 . 特别是链接器脚本具有：
```
. = 0;
.bstext     : { *(.bstext) }
.bsdata     : { *(.bsdata) }

. = 495;
.header     : { *(.header) }
.entrytext  : { *(.entrytext) }
.inittext   : { *(.inittext) }
.initdata   : { *(.initdata) }
__end_init = .;

.text       : { *(.text) }
.text32     : { *(.text32) }
```
虚拟内存地址设置为零（以及随后的495），因此可以认为 .text32 部分中的任何内容都必须在低内存中修复 . 如果没有 protected_mode_jump 中的这些说明，这将是一个正确的观察：
```
xorl    %ebx, %ebx
    movw    %cs, %bx
    shll    $4, %ebx
    addl    %ebx, 2f

[snip]

    # Transition to 32-bit mode
    .byte   0x66, 0xea      # ljmpl opcode
2:  .long   in_pm32         # offset
    .word   __BOOT_CS       # segment
```
最后有一个手动编码的FAR JMP，用于将CS选择器设置为32位代码描述符，以完成向32位保护模式的转换 . 但要注意的关键是这些方面：
```
xorl    %ebx, %ebx
    movw    %cs, %bx
    shll    $4, %ebx
    addl    %ebx, 2f
```
这取CS中的值并将其向左移4位（乘以16），然后将其添加到存储在标签 2f 的值 . 这是你采用real mode segment:offset对并将其转换为线性地址（在这种情况下与物理地址相同）的方式 . 标签 2f 实际上是此行中的偏移 in_pm32 ：
```
2:  .long   in_pm32         # offset
```
当这些指令完成时，将通过将当前实模式代码段的线性地址添加到值 in_pm32 来调整FAR JMP中的长字值 in_pm32 （在运行时） . 此 .long （DWORD）值将替换为（CS << 4）in_pm32 .

此代码旨在可重定位到任何实模式段 . 最终的线性地址是在FAR JMP之前的运行时计算的 . 这实际上是自修改代码 .
回复于 2024-05-05T14:37:05+08:00

在Linux内核中从真实模式转换为保护模式

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