------------------------------------------------------------ Программный загрузчик Цель: Раскрыть особенности загрузки выполнимых модулей впамять для выполнения. ВВЕДЕНИЕ------------------------------------------------------------ В данной главе описана организация базовой версии DOS иоперации, которые выполняет DOS для загрузки выполнимыхмодулей в память для выполнения. DOS состоит из четырехосновных программ, которые обеспечивают конкретные функции: 1. Блок начальной загрузки находится на первом секторе нулевой дорожки дискеты DOS, а также на любом диске, форматированном командой FORMAT /S. Когда вы иницииру ете систему (предполагается, что DOS расположен на дисководе A или C) происходит автоматическая загрузка с диска в память блока начальной загрузки. Этот блок представляет собой программу, которая затем загружает с диска в память три программы, описанные ниже. 2. Программа IBMBIO.COM обеспечивает интерфейс низкого уровня с программами BIOS в ROM; она загружается в память, начиная с адреса шест.00600. При инициализации программа IBMBIO.COM определяет состояние всех устройств и оборудования, а затем загружает программу COMMAND.COM. Программа IBMBIO.COM управляет операциями ввода-вывода между памятью и внешними устройствами, такими как видеомонитор и диск. 3. Программа IBMDOS.COM обеспечивает интерфейс высокого уровня с программами и загружается в память, начиная с адреса шест.00B00. Эта программа управляет оглавлениями и файлами на диске, блокированием и деблокированием дисковых записей, функциями INT 21H, а также содержит ряд других сервисных функций. 4. Программа COMMAND.COM выполняет различные команды DOS, такие как DIR или CHKDSK, а также выполняет COM, EXE и BAT-программы. Она состоит из трех частей: небольшая резидентная часть, часть инициализации и транзитная часть. Программа COMMAND.COM, подробно расмотренная в следующем разделе, отвечает за загрузку выполняемых программ с диска в память. На рис.22.1 показана карта распределения памяти. Некоторые элементы могут отличаться в зависимости от моделикомпьютера. Ассемблер для IBM PC. Глава 22 34 ------------------------------------------------------------ Начальный Программа адрес 00000 Векторная таблица прерываний (см.гл.23) 00400 Область связи с ROM (ПЗУ) 00500 Область связи с DOS 00600 IBMBIO.COM XXXX0 IBMDOS.COM Буфер каталога Дисковый буфер Таблица параметров дисковода или таблица распределения файлов (FAT, по одной для каждого дисковода) XXXX0 Резидентная часть COMMAND.COM XXXX0 Внешние команды или утилиты (COM или EXE-файлы) XXXX0 Пользовательский стек для COM-файлов (256 байтов) XXXX0 Транзитная часть COMMAND.COM, записывается в самые старшие адреса памяти.------------------------------------------------------------ Рис.22.1. Карта распределения DOS в памяти. КОМАНДНЫЙ ПРОЦЕССОР COMMAND.COM------------------------------------------------------------ Система загружает три части программы COMMAND.COM впамять во время сеанса работы постоянно или временно. Нижеописано назначение каждой из трех чатей COMMAND.COM: 1. Резидентная часть непосредственно следует за программой IBMDOS.COM (и ее области данных), где она находится на протяжении всего сеанса работы. Резидентная часть обрабатывает все ошибки дисковых операций ввода-вывода и управляет следующими прерываниями: INT 22H Адрес программы обработки завершения задачи. INT 23H Адрес программы реакции на Ctrl/Break. INT 24H Адрес программы реакции на ошибоки дисковых операций чтения/записи или сбойный участок памяти в таблице распределения файлов (FAT). INT 27H Завершение работы, после которого программа остается резидентной. 2. Часть инициализации непосредственно следует за резидент ной чатью и содержит средства поддержки AUTOEXEC- файлов. В начале работы системы данная часть первой получает управление. Она выдает запрос на ввод даты и определяет сегментный адрес, куда система должна загружать программы для выполнения. Ни одна из этих программ инициализации не потребуются больше во время сеанса работы. Поэтому первая же команда вводимая с клавиатуры и вызывающая загрузку некоторой программы с диска перекрывают часть инициализации в памяти. Ассемблер для IBM PC. Глава 22 35 3. Транзитная часть загружается в самые старшие адреса памяти. "Транзит" обозначает, что DOS может перекрыть данную область другими программами, если потребуется. Транзитная часть программы COMMAND.COM выводит на экран приглашение DOS A> или C>, вводит и выполняет запросы. Она содержит настраивающий загрузчик и предназначена для загрузки COM- или EXE-файлов с диска в память для выполнения. Если поступил запрос на выполнение какой-либо программы, то транзитная часть строит префикс программного сегмента (PSP) непосредственно вслед за резидентной частью COMMAND.COM. Затем она загружает запрошенную программу с диска в память по смещению шест.100 от начала программного сегмента, устанавливает адреса выхода и передает управление в загруженную программу. Ниже приведена данная последовательность: IBMBIO.COM IBMDOS.COM COMMAND.COM (резидент) Префикс программного сегмента Выполняемая программа ... COMMAND.COM (транзитная часть, может быть перекрыта). Выполнение команды RET или INT 20H в конце программыприводит к возврату в резидентную часть COMMAND.COM. Еслитранзитная часть была перекрыта, то резидентная частьперезагружает транзитную часть с диска в память. ПРЕФИКС ПРОГРАММНОГО СЕГМЕНТА------------------------------------------------------------ Префикс программного сегмента (PSP) занимает 256 (шест.100) байт и всегда предшествует в памяти каждой COM- илиEXE-программе, которая должна быть выполнена. PSP содержитследующие поля: 00 Команда INT 20H (шест.CD20).02 Общий размер доступной памяти в формате хххх0. Напри мер, 512K указывается как шест.8000 вместо шест.80000.04 Зарезервировано.05 Длинный вызов диспетчера функций DOS.OA Адрес подпрограммы завершения.OE Адрес подпрограммы реакции на Ctrl/Break.12 Адрес подпрограммы реакции на фатальную ошибку.16 Зарезервировано.2C Сегментный адрес среды для хранения ASCIIZ строк.50 Вызов функций DOS (INT 21H и RETF).5C Параметрическая область 1, форматированная как стандарт ный неоткрытый блок управления файлов (FCBЭ1). Ассемблер для IBM PC. Глава 22 36 6C Параметрическая область 2, форматированная как стандарт ный неоткрытый блок управления файлом (FCBЭ2); перекры вается, если блок FCBЭ1 открыт.80-FF Буфер передачи данных (DTA). Буфер передачи данных DTA Данная часть PSP начинается по адресу шест.80 ипредставляет собой буферную область ввода-вывода длятекущего дисковода. Она содержит в первом байте число,указывающее сколько раз были нажаты клавиши на клавиатуренепосредственно после ввода имени программы. Начиная совторого байта, находятся введенные символы (если таковыеимеются). Далее следует всевозможный "мусор", оставшийся впамяти после работы предыдущей программы. Следующие примерыдемонстрируют назначение буфера DTA: Пример 1. Команда без операндов. Предположим, что вы вызвали программу CALCIT.EXE для выполнения с помощью командыCALCIT [return]. После того, как DOS построит PSP для этойпрограммы, он установит в буфере по адресу шест.80 значениешест.000D. Первый байт содержит число символов, введенных склавиатуры после имени CALCIT, исключая символ "возвраткаретки". Так как кроме клавиши Return не было нажато ниодной, то число символов равно нулю. Второй байт содержитсимвол возврата каретки, шест.0D. Таким образом, по адресамшест.80 и 81 на ходятся 000D. Пример 2. Команда с текстовым операндом. Предположим, чтопосле команды был указан текст (но не имя файла), например,COLOR BY, обозначающий вызов программы COLOR и передачуэтой программе параметра "BY" для установки голубого цветана желтом фоне. В этом случае, начиная с адреса шест.80, DOSустановит следующие значения байт: 80: 03 20 42 59 0D Эти байты обозначают длину 3, пробел, "BY" и возвраткаретки. Пример 3. Команда с именем файла в операнде. Программытипа DEL (удаление файла) предполагают после имени программыввод имени файла в качестве параметра. Если будет введено,например, DEL B:CALCIT.OBJ [return], то PSP, начиная садресов шест.5C и шест.80, будет содержать: 5C: 02 43 41 4C 43 49 54 20 20 4F 42 4A C A L C I T O B J 80: 0D 20 42 3A 43 41 4C 43 49 54 2E 4F 42 4A 0D B : C A L C I T . 0 B J Ассемблер для IBM PC. Глава 22 37 Начиная с адреса шест.5C, находится неоткрытый блок FCB,содержащий имя файла, который был указан в параметре,CALCIT.OBJ, но не имя выполняемой программы. Первый символуказывает номер дисковода (02=B в данном случае). Следом заCALCIT находятся два пробела, которые дополняют имя файладо восьми символов, и тип файла, OBJ. Если ввести двапараметра, например: progname A:FILEA,B:FILEB тогда DOS построит FCB для FILEA по смещению шест.5C и FCBдля FILEB по смещению шест.6C. Начиная с адреса шест.80 в этом случае содержится числовведенных символов (длина параметров) - 16, пробел (шест.20)A:FILEA,B:FILEB и символ возврат каретки (OD). Так как PSP непосредственно предшествует вашей программе,то возможен доступ к области PSP для обработки указанныхфайлов или для предпринятия определенных действий. Длялокализации буфера DTA COM-программа может просто поместитьшест.80 в регистр SI и получить доступ следующим образом: MOV SI,80H ;Адрес DTA CMP BYTE PTR [SI],0 ;В буфере нуль? JE EXIT Для EXE-программы нельзя с уверенностью утверждать, чтокодовый сегмент непосредственно располагается после PSP.Однако, здесь при инициализации регистры DS и ES содержатадрес PSP, так что можно сохранить содержимое регистра ESпосле загрузки регистра DS: MOV AX,DSEG MOV DS,AX MOV SAVEPSP,ES Позже можно использовать сохраненный адрес для доступа кбуферу PSP: MOV SI,SAVEPSP CMP BYTE PTR [SI+ 80H],0 ;В буфере нуль? JE EXIT DOS версии 3.0 и страше содержит команду INT 62H, загружающую в регистр BX адрес текущего PSP, который можно использовать для доступа к данным в PSP. ВЫПОЛНЕНИЕ COM-ПРОГРАММЫ------------------------------------------------------------ В отличие от EXE-файла, COM-файл не содержит заголовок надиске. Так как организация COM-файла намного проще, то дляDOS необходимо "знать" только то, что тип файла - COM. Ассемблер для IBM PC. Глава 22 38 Как описано выше, загруженным в память COM- и EXE-файлампредшествует префикс программного сегмента. Первые два байтаэтого префикса содержат команду INT 20H (возврат в DOS). Призагрузке COM-программы DOS устанавливает в четырехсегментных регистрах адрес первого байта PSP. Затемустанавливается указатель стека на конец 64 Кбайтовогосегмента (шест.FFFE) или на конец памяти, если сегмент недостаточно большой. В вершину стека заносится нулевое слово.В командный указатель помещается шест.100 (размер PSP).После этого управление передается по адресу регистровой парыCS:IP, т.е. на адрес непосредственно после PSP. Этот адресявляется началом выполняемой COM-программы и долженсодержать выполнимую команду. При выходе из программы команда RET заносит в регистр IPнулевое слово, которое было записано в вершину стека приинициализации. В этом случае в регистровой паре CS:IPполучается адрес первого байта PSP, где находится командаINT 20H. При выполнении этой команды управление передается врезидентную часть COMMAND.COM. (Если программа завершаетсяпо команде INT 20H вместо RET, то управление непосредственнопередается в COMMAND.COM). ВЫПОЛНЕНИЕ EXE-ПРОГРАММЫ------------------------------------------------------------ EXE-модуль, созданный компановщиком, состоит из следующихдвух частей: 1) заголовок - запись, содержащая информацию поуправлению и настройке программы и 2) собственно загрузочный модуль. В заголовке находится информация о размере выполняемогомодуля, области загрузки в памяти, адресе стека и относительных смещениях, которые должны заполнить машинные адреса всоответствии с относительными шест. позициями: 00 Шест.4D5A. Компановщик устанавливает этот код для иден тификации правильного EXE-файла.02 Число байтов в последнем блоке EXE-файла.04 Число 512 байтовых блоков EXE-файла, включая заголо вок.06 Число настраиваемых элементов.08 Число 16-тибайтовых блоков (параграфов) в заголовке, (необходимо для локализации начала выполняемого модуля, следующего после заголовка).OA Минимальное число параграфов, которые должны находится после загруженной программы.OC Переключатель загрузки в младшие или старшие адреса. При компановке программист должен решить, должна ли его программа загружаться для выполнения в младшие адреса памяти или в старшие. Обычным является звгрузка в млад шие адреса. Значение шест.0000 указывает на загрузку в старшие адреса, а шест.FFFF - в младшие. Иные значения определяют максимальное число параграфов, которые должны находиться после загруженной программы. Ассемблер для IBM PC. Глава 22 39 OE Относительный адрес сегмента стека в выполняемом модуле.10 Адрес, который загрузчик должен поместить в регистр SP перед передачей управления в выполнимый модуль.12 Контрольная сумма - сумма всех слов в файле (без учета переполнений) используется для проверки потери данных.14 Относительный адрес, который загрузчик должен поместить в регистр IP до передачи управления в выполняемый модуль.16 Относительный адрес кодового сегмента в выполняемом модуле. Этот адрес загрузчик заносит в регистр CS.18 Смещение первого настраиваемого элемента в файле.1A Номер оверлейного фрагмента: нуль обозначает, что заго ловок относится к резидентной части EXE-файла.1C Таблица настройки, содержащая переменное число настраиваемых элементов, соответствующее значению по смещению 06. Заголовок имеет минимальный размер 512 байтов и можетбыть больше, если программа содержит большое число настраиваемых элементов. Позиция 06 в заголовке указывает числоэлементов в выполняемом модуле, нуждающихся в настройке.Каждый элемент настройки в таблице, начинающейся в позиции1C заголовка, состоит из двухбайтовых величин смещений идвухбайтовых сегментных значений. Система строит префикс программного сегмента следом зарезидентной часью COMMAND.COM, которая выполняет операциюзагрузки. Затем COMMAND.COM выполняет следующие действия: ъ Считывает форматированную часть заголовка в память.ъ Вычисляет размер выполнимого модуля (общий размер файла в позиции 04 минус размер заголовка в позиции 08) и загружает модуль в память с начала сегмента.ъ Считывает элементы таблицы настройки в рабочую область и прибавляет значения каждого элемента таблицы к началу сегмента (позиция OE).ъ Устанавливает в регистрах SS и SP значения из заголовка и прибавляет адрес начала сегмента.ъ Устанавливает в регистрах DS и ES сегментный адрес префикса программного сегмента.ъ Устанавливает в регистре CS адрес PSP и прибавляет вели чину смещения в заголовке (позиция 16) к регистру CS. Если сегмент кода непосредственно следует за PSP, то смещение в заголовке равно 256 (шест.100). Регистровая пара CS:IP содержит стартовый адрес в кодовом сегменте, т.е. начальный адрес программы. После инициализации регистры CS и SS содержат правильныеадреса, а регистр DS (и ES) должны быть установлены впрограмме для их собственных сегментов данных: 1. PUSH DS ;Занести адрес PSP в стек 2. SUB AX,AX ;Занести нулевое значение в стек Ассемблер для IBM PC. Глава 22 40 3. PUSH AX ; для обеспечения выхода из программы 4. MOV AX,datasegname ;Установка в регистре DX 5. MOV DS,AX ; адреса сегмента данных При завершении программы команда RET заносит в регистр IPнулевое значение, которое было помещено в стек в началевыполнения программы. В регистровой паре CS:IP в этом случаеполучается адрес, который является адресом первого байтаPSP, где расположена команда INT 20H. Когда эта командабудет выполнена, управление перейдет в DOS. ПРИМЕР EXE-ПРОГРАММЫ------------------------------------------------------------ Рассмотрим следующую таблицу компановки (MAP) программы: Start Stop Length Name Class 00000H 0003AH 003BH CSEG CODE 00040H 0005AH 001BH DSEG DATA 00060H 0007FH 0020H STACK STACK Program entry point at 0000:0000 Таблица MAP содержит относительные (не действительные)адреса каждого из трех сегментов. Символ H после каждогозначения указывает на шестнадцатиричный формат. Заметим, чтокомпановщик может организовать эти сегменты в последовательности отличного от того, как они были закодированы в программе. В соответствии с таблицей MAP кодовый сегмент CSEG находится по адресу 00000 - этот относительный адрес являетсяначалом выполняемого модуля. Длина кодового сегментасоставляет шест.003B байтов. Следующий сегмент по имени DSEGначинается по адресу шест.00040 и имеет длину шест.001B.Адрес шест.00040 является первым после CSEG адресом, выровненным на границу параграфа (т.е. это значение кратношест.10). Последний сегмент, STACK, начинается по адресушест.00060 - первому после DSEG, адресу выровненному награницу параграфа. С помощью отладчика DEBUG нельзя проверить содержимоезаголовка, так как при загрузке программы для выполнения DOSзамещает заголовок префиксом программного сегмента. Однако,на рынке программного обеспечения имеются различные сервисные утилиты (или можно написать собственную), которые позволяют просматривать содержимое любого дискового сектора вшестнадцатиричном формате. Заголовок для рассматриваемогопримера программы содержит следующую информацию (содержимоеслов представлено в обратной последовательности байтов). 00 Шест.4D5A.02 Число байтов в последнем блоке: 5B00.04 Число 512 байтовых блоков в файле, включая заголовок: 0200 (шест.0002х512=1024). Ассемблер для IBM PC. Глава 22 41 06 Число элементов в таблице настройки, находящейся после форматированной части заголовка: 0100, т.е. 0001.08 Число 16 байтовых элементов в заголовке: 2000 (шест.0020=32 и 32х16=512).0C Загрузка в младшие адреса: шест.FFFF.0E Относительный адрес стекового сегмента: 6000 или шест. 60.10 Адрес для загрузки в SP: 2000 или шест.20.14 Смещение для IP: 0000.16 Cмещение для CS: 0000.18 Cмещение для первого настраиваемого элемента: 1E00 или шест.1E. После загрузки программы под управлением отладчика DEBUGрегистры получают следующие значения: SP = 0020 DS = 138F ES = 138F SS = 13A5 CS = 139F IP = 0000 Для EXE-модулей загрузчик устанавливает в регистрах DS иES адрес префикса программного сегмента, помещенного вдоступной области памяти, а в регистрах IP, SS и SP -значения из заголовка программы. Регистр SP Загрузчик использует шест.20 из заголовка для инициализации указателя стека значением длины стека. В данном примерестек был определен, как 16 DUP (?), т.е. 16 двухбайтовыхполей общей длиной 32 (шест.20) байта. Регистр SP указываетна текущую вершину стека. Регистр CS В соответствии со значением в регистре DS после загрузкипрограммы, адрес PSP равен шест.138F(0). Так как PSP имеетдлину шест.100 байтов, то выполняемый модуль, следующий непосредственно после PSP, находится по адресу шест.138F0+100=139F0. Это значение устанавливается загрузчиком в регистреCS. Таким образом, регистр CS определяет начальный адрескодовой части программы (CSEG). С помощью команды D CS:0000в отладчике DEBUG можно просмотреть в режиме дампа машинныйкод в памяти. Обратите внимание на идентичность дампа ишестнадцатиричной части ассемблерного LST файла кромеоперандов, отмеченных символом R. Регистр SS Для установки значения в регистре SS загрузчик такжеиспользует информацию из заголовка: Начальный адрес PSP (см.DS) 138F0 Длина PSP 100 Ассемблер для IBM PC. Глава 22 42 Относительный адрес стека 60 Адрес стека 13A50 Регистр DS Загрузчик использует регистр DS для установки начальногоадреса PSP. Так как заголовок не содержит стартового адреса,то регистр DS необходимо инициализировать в программе следующим образом: 0004 B8 ---- R MOV AX,DSEG 0007 8E D8 MOV DS,AX Ассемблер оставляет незаполненным машинный адрес сегментаDSEG, который становится элементом таблицы настройки в заголовке. С помощью отладчика DEBUG можно просмотреть завершенную команду в следующем виде: B8 A313 Значение A313 загружается в регистр DS в виде 13A3. Врезультате имеем Регистр Адрес Смещение CS 139F0 00 DS 13A30 40 SS 13A50 60 В качестве упражнения выполните трассировку любой вашейскомпанованной программы под управлением отладчика DEBUG иобратите внимание на изменяющиеся значения в регистрах: Команда Изменяющиеся регистры PUSH DS IP и SP SUB AX,AX IP и AX (если был не нуль) PUSH AX IP и SP MOV AX,DSEG IP и AX MOV DS,AX IP и DS Регистр DS содержит теперь правильный адрес сегмента данных.Можно использовать теперь команду D DS:00 для просмотрасодержимого сегмента данных DSEG и команду D SS:00 дляпросмотра содержимого стека. ФУНКЦИИ ЗАГРУЗКИ И ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ------------------------------------------------------------ Рассмотрим теперь, как можно загрузить и выполнитьпрограмму из другой программы. Функция шест.4B даетвозможность одной программе загрузить другую программу впамять и при необходимости выполнить. Для этой функциинеобходимо загрузить адрес ASCIIZ-строки в регистр DX, а Ассемблер для IBM PC. Глава 22 43 адрес блока параметров в регистр BX (в действительности врегистровую пару ES:BX). В регистре AL устанавливается номерфункции 0 или 3: AL=0. Загрузка и выполнение. Данная операция устанавливает префикс программного сегмента для новой программы, атакже адрес подпрограммы реакции на Cntrl/Break и адреспередачи управления на следующую команду после завершенияновой программы. Так как все регистры, включая SP, изменяютсвои значения, то данная операция не для новичков. Блокпараметров, адресуемый по ES:BX, имеет следующий формат: Смещение Назначение 0 Двухбайтовый сегментный адрес строки параметров для передачи. 2 Четырехбайтовый указатель на командную строку в PSP+80H. 6 Четырехбайтовый указатель на блок FCB в PSP+5CH. 10 Четырехбайтовый указатель на блок FCB в PSP+6CH. AL=3. Оверлейная загрузка. Данная операция загружаетпрограмму или блок кодов, но не создает PSP и не начинаетвыполнение. Таким образом можно создавать оверлейныепрограммы. Блок параметров адресуется по регистровой пареES:BX и имеет следующий формат: Смещение Назначение 0 Двухбайтовый адрес сегмента для загрузки файла. 2 Двухбайтовый фактор настройки загрузочного модуля. Возможные коды ошибок, возвращаемые в регистре AX: 01,02, 05, 08, 10 и 11. Программа на рис.22.2 запрашивает DOSвыполнить команду DIR для дисковода D. Выполните этупрограмму, как EXE-модуль. (Автор благодарен журналу PCMagazine за эту идею). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Рис.22.2. Выполнение команды DIR из программы. Ассемблер для IBM PC. Глава 23 55

Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151617 Следующая