關於16位和32位程式碼片段

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在調試一段保護模式代碼，搞了大半天發現原來是在切換到保護模式時從16位直接JMP到32位的程式碼片段中導致異常，在網上搜一這編文章，轉過來存檔！

關於16位和32位程式碼片段

在對ix86編程時，有時候需要從實模式變換到保護模式（如在DOS時代要訪問擴充記憶體，或者編寫引導代碼，當然，如果在32位的作業系統下面編程，是碰不到這個問題的），總是要涉及16位程式碼片段和32位代碼之間的跳轉問題。因此有必要對他們進行區分。

16位程式碼片段和32位程式碼片段的主要區別是，在16位程式碼片段中，跳轉目標的位移用16位表示，而在32位程式碼片段中，跳轉目標的位移用32位表示。

在實模式下，CPU總是進行16位的跳轉，即當它在解析跳轉的目標時，總是讀取記憶體中的16位的值作為跳轉目標。為此，彙編器要配合CPU，產生這種用16位表示位移量的代碼。

在保護模式下，問題要稍微複雜一點，因為此時CPU如何解析跳轉目標，和目標程式碼片段的屬性有關係。在保護模式下，每一個程式碼片段都由一個程式碼片段描述符表示。在程式碼片段描述符中有一個欄位表示這個段是16位程式碼片段還是32位程式碼片段，如果跳轉目標在16位程式碼片段中，CPU就從記憶體中讀取一個16位的值作為跳轉的位移；如果跳轉目標在32位程式碼片段中，CPU就從記憶體中讀取一個32位的值作為跳轉的位移。由此可見，在保護模式下，位移量並不總是32位的值。在32位的作業系統中，使用者程式總是被編譯成32位的代碼，為此，彙編器要配合CPU，產生用32位表示位移量的代碼。

現在問題出來了，當CPU從實模式變換到保護模式時，如何產生出正確的可以讓CPU啟動並執行代碼？

有兩種方法可以解決這個問題。

第一種，在實模式下執行的代碼理所當然的要編譯成16位位移的代碼，在保護模式下執行的代碼也編譯成16位位移的代碼，並且在程式碼片段的描述符中，把程式碼片段設成16位的。這種方法的優點是，即使彙編器不能產生32位位移的代碼，我們也可以進行保護模式下的程式設計。這種方法的缺點是，因為位移量是16位的，所以程式碼片段的大小受到限制。

第二種，在實模式下執行的代碼還是要編譯成16位位移的代碼，在保護模式下執行的代碼編譯成32位位移的代碼，並且在程式碼片段的描述符中，把程式碼片段設成32位的。這種方法的優點是，程式能夠充分利用32位處理器的強勁功能。但是這種方法有一個麻煩的地方：我們不可避免的要從16位位移的代碼跳轉到32位位移的代碼。這又如何?？因為在編寫16位位移的代碼時，一般情況下，我們需要讓彙編器產生16位位移的代碼，但是對於跳轉到32位程式碼片段的那個跳轉指令，我們又希望彙編器產生32位位移的代碼。這是一個矛盾。要解決這個矛盾，有好幾種方法可供選擇。我知道三種方法：1.
不要彙編器產生代碼，而是由程式員以變數定義的形勢，把機器代碼寫入程式碼片段。這種方法不要彙編器的協助。2. 有的彙編器允許程式員指定跳轉位移量的尺寸，並根據程式員的指定產生正確的代碼，例如NASM。3. 把彙編器從16位編譯模式轉換到32位的編譯模式，NA***和GAS都支援這種方法。但是有的彙編器只允許在段定義時指定編譯模式，在段內不能再改變編譯模式，這種方法就行不通了。

下面以NASM為例說明從16位代碼變換到32位代碼的方法。

section .text

;此時CPU運行於實模式

bits 16;說明編譯模式是16位，產生16位位移的代碼

;實模式下的代碼

;載入GDT，GDT中包含該段的描述符，是32位的

;轉到保護模式，因為此段在GDT中被描述成32位的，因此執行到這裡以後，CPU便認為所有的位移是32位的。

jmp dword CS_SELECTOR:pm;指定位移是32位的，CS_SELECTOR是這個程式碼片段的段選擇子

bits 32;以下為32位編譯模式，所有位移都是32位的

pm:

;代碼

下面的代碼和上面的代碼具有同樣的效果。

section .text

;此時CPU運行於實模式

bits 16;說明編譯模式是16位，產生16位位移的代碼

;實模式下的代碼

;載入GDT，GDT中包含該段的描述符，是32位的

;轉到保護模式，因為此段在GDT中被描述成32位的，因此執行到這裡以後，CPU便認為所有的位移是32位的。

bits 32;以下為32位編譯模式，所有位移都是32位的

jmp CS_SELECTOR:pm;CS_SELECTOR是這個程式碼片段的段選擇子。

pm:

;代碼

上面的兩個例子是從實模式直接變換到32位的保護模式，且實模式的代碼和32位的保護模式代碼在同一個段中。還有其他的方法來實現這種變換，例如：

1. 實模式的代碼和32位的保護模式代碼不在同一個段中。

2. 通過一個16位的保護模式代碼作為過渡。等等。只要知道原理，方法都是好理解的。

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