OS lab1

Posted on 2021-10-20 Edited on 2024-09-17 In Computer Science Views:

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汇编问答
调用约束
汇编避坑

NASM tutorial

NASM教程

汇编问答

用于OS第一次作业

请简述 80x86 系列的发展历史
- 1978年6月,intel推出第一款16位微处理器8086,采用20位地址线
- 1982年发布80286,主频提高至12MHz
- 1985年发布80386,处理器变为32位,地址线扩展至32位
- 1989年发布80486,1993年发布80586并命名为奔腾
说明小端和大端的区别,并说明 80x86 系列采用了哪种方式?
- 小端存储：数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中
- 大端存储反之
- 80x86采用小端存储
8086 有哪五类寄存器,请分别举例说明其作用?
- 通用寄存器：
  - 数据寄存器: AX，BX，CX，DX
    - AX (Accumulator)：累加寄存器，也称之为累加器；
    - BX (Base)：基地址寄存器；
    - CX (Count)：计数器寄存器；
    - DX (Data)：数据寄存器；
  - 指针寄存器:
    - SP (Stack Pointer)：堆栈指针寄存器；
    - BP (Base Pointer)：基指针寄存器；
  - 变址寄存器:
    - SI (Source Index)：源变址寄存器；
    - DI (Destination Index)：目的变址寄存器；
- 控制寄存器:
  - IP (Instruction Pointer)：指令指针寄存器；
  - FLAG：标志寄存器；
- 段寄存器:
  - CS (Code Segment)：代码段寄存器；
  - DS (Data Segment)：数据段寄存器；
  - SS (Stack Segment)：堆栈段寄存器；
  - ES (Extra Segment)：附加段寄存器；
什么是寻址?立即寻址和直接寻址的区别是什么?
- 找到操作数的地址(从而能够取出操作数）
- 区别：
  - 立即寻址
    - MOV AX 1234H
    - 直接给出了操作数,事实上没有“寻址”
  - 直接寻址
    - MOV AX [1234H]
    - 直接给出了地址1234H,用[]符号取数
请举例说明寄存器间接寻址、寄存器相对寻址、基址加变址寻址、相对基址加变址寻址四种方式的区别
- 寄存器间接寻址
  
  MOV AX [BX] 操作数有效地址在寄存器之中(SI、DI、BX、BP)
- 寄存器相对寻址 • MOV AX [SI+3]
- 基址加变址 •MOV AX [BX+DI] • 把一个基址寄存器(BX、BP)的内容,加上变址寄存器(SI、DI)的内容。
- 相对基址加变址 •MOV AX [3+BX+DI]
请分别简述 MOV 指令和 LEA 指令的用法和作用?
- LEA：load effective address，将一个内存地址直接赋给目的操作数
  - lea eax,[ebx+8]就是将ebx+8这个值直接赋给eax，而不是把ebx+8处的内存地址里的数据赋给eax。
- MOV: 与LEA相反
请说出主程序与子程序之间至少三种参数传递方式
- 利用寄存器传递参数,就是把参数放在约定的寄存器中
- 利用约定的存储单元传递参数
- 利用堆栈传递参数
如何处理输入和输出,代码中哪里体现出来?
- 宏，系统调用
有哪些段寄存器
- 见上文
通过什么寄存器保存前一次的运算结果,在代码中哪里体现出来。
- 注释里写了
解释 boot.asm文件中, org 0700h的作用
- 告诉汇编器,当前这段代码会放在07c00h处。所以,如果之后遇到需要绝对寻址的指令,那么绝对地址就是07c00h加上相对地址。
- 在第一行加上org 07c00h只是让编译器从相对地址07c00h处开始编译第一条指令,相对地址被编译加载后就正好和绝对地址吻合
boot.bin 应该放在软盘的哪一个扇区?为什么?
- first
- 开机,从ROM运行BIOS程序,BIOS程序检查软盘0面0磁道1扇区,如果扇区以0xaa55结束,则认定为引导扇区,将其512字节的数据加载到内存的07c00处,然后设置PC,跳到内存07c00处开始执行代码。
loader 的作用有哪些?
- 为了突破512字节的限制,我们引入另外一个重要的文件loader.asm,引导扇区只负责把loader加载入内存并把控制权交给他,这样将会灵活得多。
- 最终,由loader将内核kernel加载入内存,才开始了真正操作系统内核的运行。
  - 跳入保护模式
    - 最开始的x86处理器16位,寄存器用ax, bx等表示,称为实模式。后来扩充成32位,eax,ebx等,为了向前兼容,提出了保护模式
    - 必须从实模式跳转到保护模式,才能访问1M以上的内存。
  - 启动内存分⻚
  - 从kernel.bin中读取内核,并放入内存,然后跳转到内核所在的开始地址,运行内核
    - 跟boot类似,使用汇编直接在软盘下搜索kernel.bin
    - 但是,不能把整个kernel.bin放在内存,而是要以ELF文件的格式读取并提取代码。
解释 NASM 语言中[ ]的作用
- 解地址
解释语句 times 510-($-$$) db 0 ,为什么是 510? $ 和 $$ 分别表示什么?
- 填充剩下的空间，使得生成的二进制代码恰好为512字节（ dw是两个字节）
- $表示当前行的偏移地址, $$表示当前段的起始偏移地址,
解释配置文件bochsrc 文件中如下参数的含义
1
2
3
4
megs:32
display_library: sdl
floppya: 1_44=a.img, status=inserted
boot: floppy
- megs:虚拟机内存大小 (MB)
- display_library:bochs使用的GUI库,在Ubuntu下面是sdl
- floppya:虚拟机外设,软盘为a.img文件
- boot:虚拟机启动方式,从软盘启动

调用约束

64 位 Linux 写一个集成了 C 语言库的程序时，你必须遵循以下的调用约束条件:

传递参数时，按照从左到右的顺序，将尽可能多的参数依次保存在寄存器中。存放位置的寄存器顺序是确定的：
- 对于整数和指针，rdi，rsi，rdx， rcx，r8，r9。
- 对于浮点数（float 和 double 类型），xmm0，xmm1，xmm2， xmm3，xmm4，xmm5，xmm6，xmm7。
剩下的参数将按照从右到左的顺序压入栈中，并在调用之后 由调用函数推出栈 。
等所有的参数传入后，会生成调用指令。所以当被调用函数得到控制权后，返回地址会被保存在 [rsp] 中，第一个局部变量会被保存在 [rsp+8] 中，以此类推。
栈指针 rsp 在调用前必须进行 16 字节对齐处理 。当然，调用的过程中只会把一个 8 bytes 的返回地址推入栈中，所以当函数得到控制权时，rsp 并没有对齐。你需要向栈中压入数据或者从 rsp 减去 8 来使之对齐。
调用函数需要保存如下的寄存器：rbp，rbx，r12，r13，r14，r15。其他的寄存器可以自由使用。
被调用函数也需要保存 XMCSR 的控制位和 x87 指令集的控制字，但是 x87 指令在 64 位系统上十分少见所以你不必担心这点。
整数返回值存放在 rax 或者 rdx:rax 中，浮点数返回值存放在 xmm0 或者 xmm1:xmm0 中。

Tips

栈是由高地址向低地址增长的.
传递参数时，按照从左到右的顺序，将尽可能多的参数依次保存在寄存器中。存放位置的寄存器顺序是确定的：
- 对于整数和指针，rdi，rsi，rdx， rcx，r8，r9。
- 对于浮点数（float 和 double 类型），xmm0，xmm1，xmm2， xmm3，xmm4，xmm5，xmm6，xmm7。
剩下的参数将按照从右到左的顺序压入栈中，并在调用之后 由调用函数推出栈 。
等所有的参数传入后，会生成调用指令。所以当被调用函数得到控制权后，返回地址会被保存在 [rsp] 中，第一个局部变量会被保存在 [rsp-8] 中，以此类推。
- 局部变量的入栈顺序：
  - 在没有溢出保护机制下的编译时，我们可以发现，所有的局部变量入栈的顺序（准确来说是系统为局部变量申请内存中栈空间的顺序）是正向的，即哪个变量先申明哪个变量就先得到空间，也就是说，编译器给变量空间的申请是直接按照变量申请顺序执行的。
  - 在有溢出保护机制下的编译时，情况有了顺序上的变化，对于每一种类型的变量来说，栈空间申请的顺序都与源代码中相反，即哪个变量在源代码中先出现则后申请空间；而对不同的变量来说，申请的顺序也不同，有例子可以看出，int型总是在char的buf型之后申请，不管源代码中的顺序如何（这应该来源于编译器在进行溢出保护时设下的规定）。

汇编避坑

慎用宏定义，它内部无法跳转和定义标签，因此无法封装复杂逻辑 ; 同时，使用时要记住宏定义内部对寄存器的更改
可以push rax, 并使用al, 事实上你无法push al，PUSH 指令只对至少16位的寄存器使用