GDT分段存储器

Question

我正在尝试构建自己的内核，现在正在设置GDT。我为加载器使用了一个汇编文件，并调用了用C编写的内核，试图让GDT工作。内核从GRUB引导，并通过GRUB刷新GDT设置。当我将我的GDT条目设置为段(具有适当的限制和偏移量)时，我假设在内核重新引导时会出现三重故障，无论是在QEMU中还是在引导挂起驱动器时都是如此。

我的问题是：

我可以为x86架构实现分段模型吗？是否需要在保护模式下执行此操作？工作完成后，如何退出保护模式？

我会在这里发布代码，但其中大部分都来自教程，如果我把汇编和C代码弄混了，它就会变得混乱。重要的是，如果我在C内核中将代码段和数据段条目的基数都设置为'0‘以外的任何操作，内核就会重新启动。此外，当我将粒度设置为禁用4KB分页时，也会发生同样的情况。如果需要，请询问更多详细信息。谢谢:) :)

编辑:下面是我用来链接asm引导加载程序和C内核文件的linker.ld文件。我已经发布了asm和C文件中与内存分段相关的片段：

链接器：

ENTRY (loader)

SECTIONS
{
    . = 0x00100000;

    .text ALIGN (0x1000) :
    {
        *(.text)
    }

    .rodata ALIGN (0x1000) :
    {
        *(.rodata*)
    }

    .data ALIGN (0x1000) :
    {
        *(.data)
    }

    .bss :
    {
        sbss = .;
        *(COMMON)
        *(.bss)
        ebss = .;
    }
}

用于设置GDT和实例化函数的C函数：

void gdt_set_gate(int num, unsigned long base, unsigned long limit, unsigned char access, unsigned char gran)
{
    /* Setup the descriptor base address */
    gdt[num].base_low = (base & 0xFFFF);
    gdt[num].base_middle = (base >> 16) & 0xFF;
    gdt[num].base_high = (base >> 24) & 0xFF;

    /* Setup the descriptor limits */
    gdt[num].limit_low = (limit & 0xFFFF);
    gdt[num].granularity = ((limit >> 16) & 0x0F);

    /* Finally, set up the granularity and access flags */
    gdt[num].granularity |= (gran & 0xF0);
    gdt[num].access = access;
}

void gdt_install()
{
    /* Setup the GDT pointer and limit */
    gp.limit = (sizeof(struct gdt_entry) * 35) - 1;
    gp.base = &gdt;

    /* Our NULL descriptor */
    gdt_set_gate(0, 0, 0, 0, 0);

   gdt_set_gate(1, 0x00000000, 0xFFFFFFFF, 0x9A, 0xCF); //Setting Code Segment


  gdt_set_gate(2, 0x00000000, 0xFFFFFFFF, 0x92, 0xCF); //Setting Data Segment

  //In the above two, if the second parameter is anything other 
  //than 0 i.e. base is not 0, the kernel doesn't run. 
 //Moreover, setting the last to 0x4F, which is byte accessing rather 
 //than 4KB paging gives the same malfunction too. 

 //gdt_set_gate(3, 0, 0xFFFFFFFF, 0xFA, 0xCF);
  //gdt_set_gate(4, 0, 0xFFFFFFFF, 0xF2, 0xCF);     
    //TASK STATE SEGMENT -1 
    //TASK STATE SEGMENT -2 

    //gdt_set_gate(3, 0, 0xFFFFFFFF, 0x89, 0xCF);
   // gdt_set_gate(4, 0, 0xFFFFFFFF, 0x89, 0xCF);   









    /* Flush out the old GDT and install the new changes! */
    gdt_flush();
}

最后，使用ASM编写的GDT刷新函数：

gdt_flush:    
    lgdt [gp]        ; Load the GDT with our '_gp' which is a special pointer   
    ;ltr [0x18]
    mov ax, 0x10      ; 0x10 is the offset in the GDT to our data segment
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax
    mov ss, ax
    jmp 0x08:flush2   ; 0x08 is the offset to our code segment: Far jump!
flush2:
    ret

我知道C函数和ASM函数是正确的，因为它们使用平面内存模型。是否有任何具体的变化，我需要做的，我想要一些关于链接器文件，以设置分段或分段分页的一些建议。

Answer 1

我可以为x86架构实现分段模型吗？

当然，你可以。

是否需要在保护模式下执行此操作？

你只有两个选择:真实模式及其笨拙和64K和其他限制和保护模式。

作业完成后，如何退出保护模式？

简而言之，你关闭页面转换(如果开启)，跳转到16位代码段，用选择器加载段寄存器，指向与实模式兼容的描述符，清除CR0.PE。还有更多细节(例如任务切换，中断处理)。您可以在官方文档和一些在线教程中找到它们。

如果我在C内核中将代码段和数据段条目的基数都设置为'0‘以外的任何操作，内核就会重新启动。

您必须了解，x86代码不是位置独立的，如果它被重新定位到地址X，它将不会正常工作，而是加载到地址Y。这意味着不仅应该调整段描述符的基数，以便将代码/数据移动到某个位置，而且链接器也应该将可执行映像重新定位到另一个位置。一个简单的错误就足以让它不起作用。

此外，当我将粒度设置为禁用4KB分页时，也会发生同样的情况。

这句话没有任何意义。您不能通过操作描述符的粒度位来禁用分页。

如果需要，请询问更多详细信息。

你的工作是为我们提供足够的信息来帮助你。这个问题，就像目前所说的那样，缺乏细节来完全回答。你有一些错误代码，但是你没有向我们展示它，我们怎么能帮助你呢？

Answer 2

在加载GDT之后，在asm代码中使用它。

mov eax, cr0
or eax, 1b
mov cr0, eax