x86 x64体系探索及编程 part2

目录 第一篇 x86 基础 第1 章数与数据类型2 1.1 数 2 1.1.1 数字 2 1.1.2 二进制数 3 1.1.3 二进制数的排列 3 1.1.4 十六进制数 5 1.1.5 八进制数与十进制数 5 1.2 数据类型 6 1.2.1 integer 数 6 1.2.2 floating-point 数. 9 1.2.3 real number（实数）与NaN（not a number） . 11 1.2.4 unsupported 编码值 14 1.2.5 浮点数精度的转换 15 1.2.6 浮点数的溢出 17 1.2.7 BCD 码 20 1.2.8 SIMD 数据 21 第2 章 x86/x64 编程基础 23 2.1 选择编译器 23 2.2 机器语言 24 2.3 Hello world 25 2.3.1 使用寄存器传递参数 26 2.3.2 调用过程 27 2.3.3 定义变量 27 2.4 16 位编程、32 位编程，以及64 位编程 28 2.4.1 通用寄存器 28 2.4.2 操作数大小 30 2.4.2 64 位模式下的内存地址 30 2.4.4 内存寻址模式 31 2.4.5 内存寻址范围 34 2.4.6 使用的指令 限制 34 2.5 编程基础 34 2.5.1 操作数寻址 35 2.5.2 传送数据指令 39 2.5.3 位操作指令 45 2.5.4 算术指令 47 2.5.5 CALL 与RET 指令 48 2.5.6 跳转指令 48 2.6 编辑与编译、运行 48 第 3 章编写本书的实验例子 50 3.1 实验的运行环境 50 3.2 生成空白的映像文件 52 3.2.1 使用nasm 编译器生成 52 3.2.2 使用bximage 工具 52 3.3 设置bochs 配置文件. 53 3.4 源代码的基本结构 54 3.5 编译源代码55 3.6 映像文件内的组织 55 3.7 使用merge 工具 56 3.7.1 merge 的配置文件 57 3.7.2 执行merge 命令 57 3.8 使用U 盘启动真实机器 58 3.8.1 使用merge 工具写U 盘 58 3.8.2 使用hex 编辑软件写U 盘 59 3.9 编写boot 代码 60 3.9.1 LBA 转换为CHS 62 3.9.2 测试是否支持int 13h 扩展功能 63 3.9.3 使用int 13h 扩展读磁盘 64 3.9.4 最后看看load_module() 64 3.10 总结 66 第4 章处理器的身份 67 4.1 测试是否支持CPUID 指令 67 4.2 CPUID 指令的术语及表达 68 4.3 基本信息与扩展信息 68 4.4 处理器的型号（family,model 与stepping） 72 4.5 最大的物理地址和线性地址 73 4.6 处理器扩展状态信息74 4.6.1 探测Processor Extended State 子叶 75 4.6.2 Processor Extended State 子叶所需内存size 76 4.6.3 Processor Extended State 的保存 77 4.6.4 Processor Extended State 的恢复 78 4.7 处理器的特性 78 4.8 处理器的Cache 与TLB 信息 80 4.9 MONITOR/MWAIT 信息 83 4.10 处理器的long mode 84 第 5 章了解 Flags 85 5.1 Eflags 中的状态标志位 86 5.1.1 signed 数的运算 86 5.1.2 unsigned 数的运算 89 5.2 IOPL 标志位 90 5.3 TF 标志与RF 标志 93 5.4 NT 标志 95 5.5 AC 标志 96 5.6 VM 标志 98 5.7 eflags 寄存器的其他事项 99 第 6 章处理器的控制寄存器 101 6.1 CR8 102 6.2 CR3 103 6.3 CR0 104 6.3.1 保护模式位PE 104 6.3.2 x87 FPU 单元的执行环境 104 6.3.3 CR0.PG 控制位 108 6.3.4 CR0.CD 与CR0.NW 控制位 108 6.3.5 CR0.WP 控制位 110 6.3.6 CR0.AM 控制位 110 6.4 CR4 110 6.4.1 CR4.TSD 与CR4.PCE 控制位 110 6.4.2 CR4.DE 与CR4.MCD 控制位 111 6.4.3 CR4.OSFXSR 控制位 111 6.4.4 CR4.VMXE 与CR4.SMXE 控制位 111 6.4.5 CR4.PCIDE 与CR4.SMEP 控制位 112 6.4.6 CR4.OSXSAVE 控制位 113 6.4.7 CR4 中关于页的控制位 113 6.5 EFER 扩展功能寄存器 114 第 7 章 MSR. 116 7.1 MSR 的使用 116 7.2 MTRR 117 7.2.1 Fixed-range 区域的映射 118 7.2.2 MTRR 的功能寄存器 120 7.3 MSR 中对特殊指令的支持 124 7.3.1 支持sysenter/sysexit 指令的MSR 125 7.3.2 支持syscall/sysret 指令的MSR 126 7.3.3 支持swapgs 指令的MSR 127 7.3.4 支持monitor/mwait 指令的MSR 128 7.4 提供processor feature 管理 129 7.5 其他未列出来的MSR 129 7.6 关于MSR 一些后续说明 129 第二篇 处理器的工作模式 第8 章实地址模式 132 8.1 真实的地址 132 8.2 real mode 的编址 132 8.3 real mode 的状态 133 8.4 段基址的计算 134 8.5 第1 条执行的指令 134 8.6 实模式下的执行环境 135 8.7 实模式下的IVT 135 8.8 突破64K 段限 136 8.9 A20 地址线 137 第 9 章 SMM系统管理模式探索 138 9.1 进入SMM 138 9.2 SMM 的运行环境 141 9.2.1 SMRAM 区域 141 9.2.2 SMM 执行环境的初始化 143 9.2.3 SMM 下的operand 与address 144 9.2.4 SMM 下的CS 与EIP 144 9.2.5 SMM 下的SS 与ESP 145 9.3 SMM 里的中断 145 9.4 SMI 的Back-to-Back 响应 147 9.5 SMM 里开启保护模式 147 9.6 SMM 的版本 148 9.7 I/O 指令的重启及Halt 重启 151 9.8 SMM 的退出 152 9.9 SMBASE 的重定位. 153 9.10 SMI 处理程序的初始化 154 9.11 SMM 的安全 156 9.11.1 芯片组的控制 156 9.11.2 处理器对SMRAM 空间的限制 158 9.11.3 cache 的限制 160 9.12 测试SMI 处理程序 161 第 10 章 x86/x64 保护模式体系（上） 163 10.1 x86/x64 的权限 164 10.2 保护模式下的环境 164 10.2.1 段式管理所使用的资源 165 10.2.2 paging 分页机制所使用的资源 165 10.3 物理地址的产生 166 10.4 段式管理机制 167 10.4.1 段式内存管理 168 10.4.2 段式的保护措施 168 10.5 段式管理的数据结构 169 10.5.1 Segment Selector（段选择子） 169 10.5.2 Descriptor Table（描述符表） 172 10.5.3 Segment Selector Register（段寄存器） 174 10.5.4 Segment Descriptor（段描述符） 175 10.5.5 LDT 描述符与LDT 258 10.6 开启保护模式 259 10.6.1 初始化GDT 260 10.6.2 初始化IDT. 262 10.6.3 切换到保护模式 263 第11 章 x86/x64 保护模式体系（下） 265 11.1 物理页面 265 11.1.1 处理器的最高物理地址（MAXPHYADDR） 266 11.1.2 物理页面的大小 267 11.1.3 页转换模式（Paging Mode） 268 11.2 paging 机制下使用的资源 270 11.2.1 寄存器 270 11.2.2 CPUID 查询leaf 270 11.2.3 寄存器的控制位 271 11.2.4 页转换表资源 272 11.3 32 位paging 模式（non-PAE 模式） 273 11.3.1 CR3 结构 274 11.3.2 32 位paging 模式下的PDE 结构 275 11.3.3 使用32 位paging 279 11.4 PAE paging 模式. 282 11.4.1 在Intel64 下的CR3 与PDPTE 寄存器 283 11.4.2 在AMD64 下的CR3 285 11.4.3 PAE paging 模式里的PDPTE 结构 286 11.4.4 PAE paging 模式里的PDE 结构 286 11.4.5 PAE paging 模式里的PTE 结构 288 11.4.6 使用和测试PAE paging 模式 288 11.4.7 使用和测试Execution Disable 功能 292 11.5 IA-32e pagi 限制 34 2.5 编程基础 34 2.5.1 操作数寻址 35 2.5.2 传送数据指令 39 2.5.3 位操作指令 45 2.5.4 算术指令 47 2.5.5 CALL 与RET 指令 48 2.5.6 跳转指令 48 2.6 编辑与编译、运行 48 第 3 章编写本书的实验例子 50 3.1 实验的运行环境 50 3.2 生成空白的映像文件 52 3.2.1 使用nasm 编译器生成 52 3.2.2 使用bximage 工具 52 3.3 设置bochs 配置文件. 53 3.4 源代码的基本结构 54 3.5 编译源代码55 3.6 映像文件内的组织 55 3.7 使用merge 工具 56 3.7.1 merge 的配置文件 57 3.7.2 执行merge 命令 57 3.8 使用U 盘启动真实机器 58 3.8.1 使用merge 工具写U 盘 58 3.8.2 使用hex 编辑软件写U 盘 59 3.9 编写boot 代码 60 3.9.1 LBA 转换为CHS 62 3.9.2 测试是否支持int 13h 扩展功能 63 3.9.3 使用int 13h 扩展读磁盘 64 3.9.4 最后看看load_module() 64 3.10 总结 66 第4 章处理器的身份 67 4.1 测试是否支持CPUID 指令 67 4.2 CPUID 指令的术语及表达 68 4.3 基本信息与扩展信息 68 4.4 处理器的型号（family,model 与stepping） 72 4.5 最大的物理地址和线性地址 73 4.6 处理器扩展状态信息74 4.6.1 探测Processor Extended State 子叶 75 4.6.2 Processor Extended State 子叶所需内存size 76 4.6.3 Processor Extended State 的保存 77 4.6.4 Processor Extended State 的恢复 78 4.7 处理器的特性 78 4.8 处理器的Cache 与TLB 信息 80 4.9 MONITOR/MWAIT 信息 83 4.10 处理器的long mode 84 第 5 章了解 Flags 85 5.1 Eflags 中的状态标志位 86 5.1.1 signed 数的运算 86 5.1.2 unsigned 数的运算 89 5.2 IOPL 标志位 90 5.3 TF 标志与RF 标志 93 5.4 NT 标志 95 5.5 AC 标志 96 5.6 VM 标志 98 5.7 eflags 寄存器的其他事项 99 第 6 章处理器的控制寄存器 101 6.1 CR8 102 6.2 CR3 103 6.3 CR0 104 6.3.1 保护模式位PE 104 6.3.2 x87 FPU 单元的执行环境 104 6.3.3 CR0.PG 控制位 108 6.3.4 CR0.CD 与CR0.NW 控制位 108 6.3.5 CR0.WP 控制位 110 6.3.6 CR0.AM 控制位 110 6.4 CR4 110 6.4.1 CR4.TSD 与CR4.PCE 控制位 110 6.4.2 CR4.DE 与CR4.MCD 控制位 111 6.4.3 CR4.OSFXSR 控制位 111 6.4.4 CR4.VMXE 与CR4.SMXE 控制位 111 6.4.5 CR4.PCIDE 与CR4.SMEP 控制位 112 6.4.6 CR4.OSXSAVE 控制位 113 6.4.7 CR4 中关于页的控制位 113 6.5 EFER 扩展功能寄存器 114 第 7 章 MSR. 116 7.1 MSR 的使用 116 7.2 MTRR 117 7.2.1 Fixed-range 区域的映射 118 7.2.2 MTRR 的功能寄存器 120 7.3 MSR 中对特殊指令的支持 124 7.3.1 支持sysenter/sysexit 指令的MSR 125 7.3.2 支持syscall/sysret 指令的MSR 126 7.3.3 支持swapgs 指令的MSR 127 7.3.4 支持monitor/mwait 指令的MSR 128 7.4 提供processor feature 管理 129 7.5 其他未列出来的MSR 129 7.6 关于MSR 一些后续说明 129 第二篇 处理器的工作模式 第8 章实地址模式 132 8.1 真实的地址 132 8.2 real mode 的编址 132 8.3 real mode 的状态 133 8.4 段基址的计算 134 8.5 第1 条执行的指令 134 8.6 实模式下的执行环境 135 8.7 实模式下的IVT 135 8.8 突破64K 段限 136 8.9 A20 地址线 137 第 9 章 SMM系统管理模式探索 138 9.1 进入SMM 138 9.2 SMM 的运行环境 141 9.2.1 SMRAM 区域 141 9.2.2 SMM 执行环境的初始化 143 9.2.3 SMM 下的operand 与address 144 9.2.4 SMM 下的CS 与EIP 144 9.2.5 SMM 下的SS 与ESP 145 9.3 SMM 里的中断 145 9.4 SMI 的Back-to-Back 响应 147 9.5 SMM 里开启保护模式 147 9.6 SMM 的版本 148 9.7 I/O 指令的重启及Halt 重启 151 9.8 SMM 的退出 152 9.9 SMBASE 的重定位. 153 9.10 SMI 处理程序的初始化 154 9.11 SMM 的安全 156 9.11.1 芯片组的控制 156 9.11.2 处理器对SMRAM 空间的限制 158 9.11.3 cache 的限制 160 9.12 测试SMI 处理程序 161 第 10 章 x86/x64 保护模式体系（上） 163 10.1 x86/x64 的权限 164 10.2 保护模式下的环境 164 10.2.1 段式管理所使用的资源 165 10.2.2 paging 分页机制所使用的资源 165 10.3 物理地址的产生 166 10.4 段式管理机制 167 10.4.1 段式内存管理 168 10.4.2 段式的保护措施 168 10.5 段式管理的数据结构 169 10.5.1 Segment Selector（段选择子） 169 10.5.2 Descriptor Table（描述符表） 172 10.5.3 Segment Selector Register（段寄存器） 174 10.5.4 Segment Descriptor（段描述符） 175 10.5.5 LDT 描述符与LDT 258 10.6 开启保护模式 259 10.6.1 初始化GDT 260 10.6.2 初始化IDT. 262 10.6.3 切换到保护模式 263 第11 章 x86/x64 保护模式体系（下） 265 11.1 物理页面 265 11.1.1 处理器的最高物理地址（MAXPHYADDR） 266 11.1.2 物理页面的大小 267 11.1.3 页转换模式（Paging Mode） 268 11.2 paging 机制下使用的资源 270 11.2.1 寄存器 270 11.2.2 CPUID 查询leaf 270 11.2.3 寄存器的控制位 271 11.2.4 页转换表资源 272 11.3 32 位paging 模式（non-PAE 模式） 273 11.3.1 CR3 结构 274 11.3.2 32 位paging 模式下的PDE 结构 275 11.3.3 使用32 位paging 279 11.4 PAE paging 模式. 282 11.4.1 在Intel64 下的CR3 与PDPTE 寄存器 283 11.4.2 在AMD64 下的CR3 285 11.4.3 PAE paging 模式里的PDPTE 结构 286 11.4.4 PAE paging 模式里的PDE 结构 286 11.4.5 PAE paging 模式里的PTE 结构 288 11.4.6 使用和测试PAE paging 模式 288 11.4.7 使用和测试Execution Disable 功能 292 11.5 IA-32e pagi