编写最小操作系统

中断，陷阱和系统调用

中断(Interrupt) 是指 CPU 停下当前的工作任务，去处理其他事情，处理完后回来继续执 行刚才的任务

• 中断是硬件实现的基础功能
• HelpPC Reference Library Interrupt Services
• Interrupts osdev

int $0x80 # 中断号
cli
sti

BIOS 提供一下中断，link

陷阱(Trap)：是一种有意的，预先安排的异常事件

1. 一般是在编写程序时故意设下的陷阱指令，而后执行到陷阱指令后，CPU 将会调用特定 程序进行相应的处理，处理结束后返回到陷阱指令的下一条指令
2. 如系统调用，程序调试功能等, 最常见的就是 Linux 系统调用的实现，使用中断指令

系统调用(System Call) 指操作系统提供给应用的一组 API 函数， Linux 系统调用见

查看 32 位操作系统系统调用号 NR_syscall 文件见

rg -n NR_write /usr/src/linux-headers-5.15.0-87-generic

/usr/src/linux-headers-5.15.0-87-generic/arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_32.h:8:#define __NR_write 4
/usr/src/linux-headers-5.15.0-87-generic/arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_32.h:150:#define __NR_writev 146
/usr/src/linux-headers-5.15.0-87-generic/arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_64.h:5:#define __NR_write 1
/usr/src/linux-headers-5.15.0-87-generic/arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_64.h:24:#define __NR_writev 20
/usr/src/linux-headers-5.15.0-87-generic/arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_x32.h:5:#define __NR_write (__X32_SYSCALL_BIT + 1)
/usr/src/linux-headers-5.15.0-87-generic/arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_x32.h:321:#define __NR_writev (__X32_SYSCALL_BIT + 516)

lab/05-interrupt/greet.S

通过 strace 查看系统调用过程

strace ./lab/05-interrupt/greet.out 2>&1 1>/dev/null

execve("./lab/05-interrupt/greet.out", ["./lab/05-interrupt/greet.out"], 0x7ffcb604f8b0 /* 56 vars */) = 0
[ Process PID=82486 runs in 32 bit mode. ]
write(1, "Hello from ASM!\n", 16)       = 16
exit(0)                                 = ?
+++ exited with 0 +++

系统引导及分段

objdump -d ./lab/05-interrupt/greet2.run | grep section

Disassembly of section .init:
Disassembly of section .plt:
Disassembly of section .plt.got:
Disassembly of section .text:
Disassembly of section .fini:

在 gas 汇编中对段的描述是 section, 例如

.section .text  # 代码段, 可以简写 .text
.section .data  # 数据段, 可以简写 .data

AT&T 寻址方式编写格式

section:disp(base, index, scale)

%es:msg # 寻址 es 段的 msg

操作系统在对地址空间访问是通过分段实现 (segment)

1. 段使用物理上连续的一块空间
2. x86 系列分段的历史原因
   • 8086 是 16 位地址线
   • 当 CPU 升级到 20 位地址线是会出现问题
   • 为了兼容, 280 芯片启用来段寄存器 cs, ds, ss, es 寄存器
   • 380 芯片又添加了段寄存器 fs, gs
   • 最终导致了实模式下段寻址模式

真实地址 = 段地址 << 4 + address
            ^             ^
            |             |
      存储在段寄存器中   偏移

裸金属启动

回顾 BIOS 启动流程

• 校验码 0x55aa => 0b01010101 0b10101010
• 启动地址 0x7c00
  • fda.img => 0x7c00

gdb -q -ex 'p/t 0x55aa'

hexdump -n 512 ./lab/06-barebone/fda.img

0000000 01b8 bb00 0002 03b9 ba00 0004 feeb 0000
0000010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
*
00001f0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 aa55
0000200

lab/06-barebone/boot.S

扩展: nasm 汇编器 lab/07-nasm-boot/boot.s

(gdb) show disassembly-flavor
att
(gdb) set disassembly-flavor intel