《操作系统真象还原》相关笔记
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分段原因
段基址+段内偏移地址实现程序重定位
代码段、数据段划分
1、编译器挑选出数据具备的属性，从而根据属性将程序片段分类，比如只读的代码段和可读写的数据段。
2、操作系统设置GDT全局描述符表来构建段描述符，在段描述符中指定段的位置、大小、属性（S字段、TYPE字段等）。
3、操作系统服务CPU中的寄存器以相应的选择子，从而确定指向的段。
实模式vs保护模式
实模式下：段基址+段内偏移地址=物理地址
保护模式下：段基址（选择子索引GDT得到真正段基址）+段内偏移地址=线性地址。
如果没有开分页功能，线性地址就是物理地址。
如果开了分页功能，线性地址也叫虚拟地址，通过页表转换得到物理地址。
16位vs32位？
段重叠
两个不同的段可能有重叠的区域。比如0xC05 = 0xC00 + 5 = 0xC02 + 3
段寄存器（存储段基值）
CS（代码段）、DS（数据段）、ES（附加段）、FS（附加段）、GS（附加段）、SS（堆栈段）
实模式：段寄存器指向真实的物理地址
保护模式：段寄存器指向“段选择子”
Linux系统下程序不能在Windows下运行
1、格式不同 Linux：elf（Executable and Linking Format），有节，段信息，程序入口等。Windows： PE（portable executable）格式
2、系统API不同
局部变量放在栈中
全局变量是都可以随时访问，因此放在数据段中。局部变量由于局部性，被放在栈中，随时清理。
函数参数在被调用时才在栈中为其分配内存。
堆：程序运行过程中用于动态分配的内存，是操作系统为每个用户进程规划的。
栈：处理器运行必备的内存空间，硬件必须。软件提供。
大端字节序vs小端字节序
小端字节序：数值的低字节放在内存的低地址处、高对高。例如0x12345678，存储地址从低到高依次为0x78、 0x56...。
强制转换数据类型时不需要再调整字节了。
大端字节序：数值的低字节放在内存的高地址处、高对低。
容易判断正负。
中断向量表（IVT）
中断向量表1024字节，每个中断向量4个字节，最多容纳256个中断向量，描述了中断处理程序的段基址和段内偏移地址。
中断向量表0H~1FH项是BIOS中断。
中断向量表的建立由CPU提供原生支持。
启动时中断向量表中的中断例程由BIOS建立，从物理地址0x0000处初始化。BIOS会调用外设ROM中的例程以及初始化代码。
外设ROM规范：0x55 + 0xAA + 512字节为单位的代码长度 + 实际代码
DOS运行在实模式下，可以调用BIOS中断。只占用0x21这个中断号，但是可以通过ah寄存器实现多种功能调用。
Linux内核在进入保护模式后才建立中断例程。保护模式下，中断向量表不存在，取而代之的是中段描述符表（IDT）。 int 0x80，通过eax的值实现不同子功能调用。
访问外设
内存映射（0xA0000~0xFFFFF）或者端口操作
BIOS扫描0xE0000~0xE0000之间的内存，发现以0x55 、0xAA开始的区域，意味着该区域对应的rom中有代码。检查代码大小是否与第三个字节相等。
若无误，执行ROM程序，写中断表。
section & segment
section为节，汇编源码中section或segment修饰、逻辑划分的指令区域或者数据区域。汇编器会把这两个关键字修饰的区域在目标文件中编译成节。
segment称为段，链接器将汇编源码中属性相同的节合并后的section集合，也成为段。诞生于链接成可执行文件阶段。
readelf 命令可以查看文件的头信息。
magic number
用来判断是否为elf文件
识别分区的文件系统，一般是该分区的第二个扇区，也称为超级块。
CPU指令执行
x86架构不能用MOV指令改变CS：IP的值，需要用jmp，call，int，ret实现硬件级的原子操作。
PC（程序计数器）在不同架构中有有不同的表现形式，x86中无具体的寄存器。ARM中有专门的寄存器。
指令集
CISC ： x86(Intel AMD 用CISC，但内部实现采取了RISC内核，一条CISC译码成多条RISC指令)
RISC ： MIPS（龙芯，用的比较少） ARM（手机处理器） Power（IBM服务器处理器） C6000（数字信号处理器，视频处理）
程序编译、汇编、链接
头文件中只有函数声明，声明告诉编译器：函数返回值类型，参数类型及个数，用来确定分配的栈空间；该函数是外部函数，定义在其它文件，链接阶段分配地址。
gcc -E gt.c //打印出预处理后的文件内容‘
gcc -v gt.c //编译链接详细过程
编译：C代码->汇编代码，ccl完成，.c变成.s
汇编：汇编编译成目标文件 as完成，.s变成.o
链接：目标文件链接成可执行文件 collect2完成，是链接命令ld的封装。
链接阶段从LIBRARY_PATH中找到调用需要的.o文件
ltrace能够跟踪程序运行时调用的库函数 ltrace -S
xxd可以逐字节查看文件
MBR、EBR、DBR、OBR
BIOS完成简单的检测和初始化工作，BIOS加载MBR程序到内存0x7c00，然后跳过去执行。BIOS入口地址0xFFFF0，通电一瞬间cs：ip强制初始化为0xF000:0xFFF0
MBR，主引导记录，固定在整个硬盘最开始的扇区，0盘0道1扇区（CHS方式表示扇区地址，从1开始记。LBA方式从0开始），一般情况一扇区为512字节。
1）446字节的引导程序和参数
2）64字节的分区表，每个分区表项占据16个字节
3）2字节结束标识。0x55,0xAA
MBR完成之后，从多个次引导程序中选出一个交出控制器。遍历分区表中记录的四个分区，找到合适的次引导程序并交出控制权。
次引导程序：通常情况下是操作系统提供的加载器。
操作系统安装时设置活动分区会将该分区表项中的活动标记为0x80
OBR（OS boot Record）存放在分区（主分区或者逻辑分区）最开始的扇区，引导扇区，前三个字节存放跳转指令，将处理器带入操作系统引导程序。
OBR是从DBR（DOS boot Record）遗留下来的。
DBR：跳转指令，从MBR跳转到引导代码；厂商信息，DOS版本信息；BIOS参数块BPB；操作系统引导程序；结束标识0x55，0xAA
EBR（Expand Boot Record）为扩展分区而来，有多个。与MBR结构相同，位于子扩展分区最开始的扇区。
NASM
免费+语法简洁+支持Linux平台的汇编语言编译器
汇编语言在操作系统中：硬件访问、中断调用、端口读写、线程切换...
编译器给程序中各符号（变量名或函数名）分配的地址，就是各符号相对于文件开头的偏移量
secion
在程序中宣称一个区域。只是为了在逻辑上将程序划分成几个部分。
vstart
section用vstart修饰后，可以被赋予一个虚拟起始地址。
vstart=xxxx 和 org xxxx功能一样
时机：我预先知道我的程序被加载到某地址处。
CPU大致工作原理
控制单元：CPU控制中心，IR指令寄存器，ID指令译码器，OC操作控制单元
根据IP寄存器指向将内存中的指令装载至IR->指令译码器按照指令格式解码->
一般指令格式：前缀+操作码+寻址方式、操作数类型+立即数+偏移量
运算单元：
存储单元：CPU内部的L1、L2缓存寄存器；采用SRAM（static RAM），不需充电，性能强劲，但集成度低。
两类寄存器
程序员可以使用的，如通用寄存器，段寄存器。
程序员不可以使用的，如ALU算术逻辑单元求和时使用的数据暂存寄存器，GDTR、IDTR、LDTR、TR、CR0~3、IP、flags、DR0~7
寄存器
段寄存器：CS DS（数据段）、ES（附加段）、FS（附加段）、GS（附加段）、SS（堆栈段，在内存中） 32位CPU中16位宽
通用寄存器：AX BX CX DX SI DI BP SP
IP flags寄存器 实模式16位宽
保护模式特权级
CPL、DPL、RPL读写硬盘数据的例子
寄存器寻址方式
直接寻址：默认段基址是DS；如果使用段跨越前缀fs，段基址就是gs寄存器
基址寻址：bs或bp作为基址寄存器，bs+DS，bp+SS
略：待补充
外部中断
中断信号线：
INTR：可屏蔽中断
NMI：紧急中断，不可屏蔽
可屏蔽中断：
可以通过eflags寄存器中的IF位将所有的外部设备中断屏蔽
不可屏蔽中断：中断号2
内部中断
int 8位立即数
int3 调试断点指令
调试过程： fork一个子进程；设置断点就是父进程修改子进程的指令，将其用int3指令替换（先备份），从而子进程调用int3指令触发中断。
into 中断溢出。触发的是中断向量号4，受标志寄存器eflags的影响
bound 检查数组索引是否越界，5号中断
ud2软件测试，无实际意义
有些内部中断会无视IF位
异常和不可屏蔽中断由CPU提供，外部设备的可屏蔽中断由中断代理提供（8259A），软中断由软件提供。
中断描述符表
实模式下也有中断，由中断向量表提供入口，4字节
中断描述符表：中断描述符|任务门描述符|陷阱门描述符 8字节
IDTR：中断描述符表寄存器，48位 12位表界限+32位表基址
描述符中的P位表示中断处理程序是否存在
中断处理过程
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