Mô phỏng Linus Torvalds: Tạo hệ điều hành của riêng bạn từ đầu (IV)

Chào mừng bạn quay trở lại loạt bài viết có tựa đề "Mô phỏng Linus Torvalds". Hôm nay chúng ta sẽ xem GDT. Đầu tiên chúng ta phải xem GDT là gì. Theo Wikipedia:

Sản phẩm Bảng mô tả toàn cầu or Giáo dục là một cấu trúc dữ liệu được sử dụng bởi Intel x86-bộ xử lý gia đình bắt đầu với 80286 để xác định các đặc tính của các vùng bộ nhớ khác nhau được sử dụng trong quá trình thực thi chương trình, bao gồm địa chỉ cơ sở, kích thước và các đặc quyền truy cập như khả năng thực thi và khả năng ghi

Những gì được dịch sẽ là Bảng mô tả toàn cục, một cấu trúc dữ liệu được sử dụng trong bộ xử lý Intel x86 từ năm 80286 để xác định các đặc tính của các vùng bộ nhớ khác nhau được sử dụng trong quá trình thực thi chương trình.

Tóm lại, nếu chúng ta đang sử dụng bộ xử lý Intel x86, chúng ta phải xác định GDT để sử dụng bộ nhớ chính xác. Chúng tôi sẽ không làm phức tạp nhiều và chúng tôi sẽ xác định 3 mục nhập trong bảng:

• Mục nhập NULL, bắt buộc cho tất cả các bảng.
• Một vé cho phần dữ liệu, chúng tôi sẽ sử dụng tối đa, trong 32 bit là 4 GB.
• Một vé cho phần mã, chúng tôi sẽ sử dụng tối đa, trong 32 bit là 4 GB.

Như bạn có thể thấy, dữ liệu và mã sẽ sử dụng cùng một không gian. Ok, bây giờ chúng ta sẽ thực hiện nó. Đối với điều này, chúng tôi sẽ sử dụng hai cấu trúc, cấu trúc đầu tiên sẽ phụ trách chứa một con trỏ đến dữ liệu thực của GDT của chúng tôi. Và thứ hai sẽ là một mảng với các mục GDT. Hãy xác định chúng trước

struct Entry{
uint16_t limit_low;
uint16_t base_low;
uint8_t base_middle;
uint8_t access;
uint8_t granularity;
uint8_t base_high;
} __attribute__((packed));
struct Ptr{
uint16_t limit;
uint32_t base;
} __attribute__((packed));


Bạn có thể nhận thấy __ thuộc tính __ ((đóng gói)) tò mò ở cuối cấu trúc. Điều này cho GCC biết không nên tối ưu hóa các cấu trúc vì những gì chúng ta muốn là truyền dữ liệu nguyên trạng đến bộ xử lý. Bây giờ chúng ta sẽ tạo một hàm để cài đặt GDT. Trước khi chúng ta nên khai báo các cấu trúc, bây giờ chúng ta sẽ khởi tạo chúng.

struct ND::GDT::Entry gdt[3];
struct ND::GDT::Ptr gp;
void ND::GDT::Install()
{
gp.limit=(sizeof(struct ND::GDT::Entry)*3)-1;
gp.base=(uint32_t)&gdt;
}


Vì vậy, chúng tôi phải xây dựng con trỏ đi đến bảng 3 đầu vào của chúng tôi.

void ND::GDT::SetGate(int num, uint32_t base, uint32_t limit, uint8_t access,uint8_t gran)
{
gdt[num].base_low=(base & 0xFFFF);
gdt[num].base_middle=(base >> 16) & 0xFF;
gdt[num].base_high=(base >> 24) & 0xFF;
gdt[num].limit_low=(limit & 0xFFFF);
gdt[num].granularity=(limit >> 16) & 0x0F;
gdt[num].granularity |= (gran & 0xF0);
gdt[num].access=access;
}


Và chúng tôi gọi nó 3 lần từ hàm cài đặt

ND::GDT::SetGate(0,0,0,0,0); /* NULL segmente entry */
ND::GDT::SetGate(1,0,0xFFFFFFFF,0x9A,0xCF); /* 4 GiB for Code Segment */
ND::GDT::SetGate(2,0,0xFFFFFFFF,0x92,0xCF); /* 4 GiB for Data segment */


Cuối cùng, chúng ta phải nói với bộ xử lý rằng chúng ta có GDT để nó có thể tải nó, và trong trường hợp của chúng ta khi tải hạt nhân bằng GRUB, hãy ghi đè lên GRUB GDT. Để tải GDT, có một lệnh trong asm được gọi là lgdt (hoặc lgdtl tùy thuộc vào cú pháp), chúng ta sẽ sử dụng nó.

asm volatile("lgdtl (gp)");
asm volatile(
"movw $0x10, %ax \n"
"movw %ax, %ds \n"
"movw %ax, %es \n"
"movw %ax, %fs \n"
"movw %ax, %gs \n"
"movw %ax, %ss \n"
"ljmp $0x08, $next \n"
"next: \n"
);


Sau khi hoàn thành việc này, hệ thống của chúng tôi sẽ có GDT. Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ thấy IDT, một bảng rất giống với GDT nhưng có sự gián đoạn. Tôi đã đặt một số trạng thái và thông báo xác nhận với GDT để NextDivel bây giờ trông như thế này: