为什么我的内联汇编代码会导致三重错误？

Question

我使用带有 -masm=intel 选项的 GCC 编译我的代码。我的内核由 GRUB 等多重引导加载程序加载。

我想加载我的 GDT 地址，然后重新加载所有段寄存器，但这会导致三重错误（虚拟机重新启动）。如果我在本机程序集中（在 .asm 文件中）使用此代码，则此代码有效。

gdt.c:

#include "gdt.h"

GDT gdtp;

uint64_t gdt[GDT_ENTRIES];

void set_gdt_entry(int x, unsigned int base, unsigned int limit, int flags) {
    gdt[x] = limit & 0xffffLL;
    gdt[x] |= (base & 0xffffffLL) << 16;
    gdt[x] |= ((flags >> 4) & 0xffLL) << 40;
    gdt[x] |= ((limit >> 16) & 0xfLL) << 48;
    gdt[x] |= (flags & 0xfLL) << 52;
    gdt[x] |= ((base >> 24) & 0xffLL) << 56;
}

void gdt_init() {
    gdtp.limit = GDT_ENTRIES * 8 - 1;
    gdtp.pointer = gdt;

    set_gdt_entry(0, 0, 0, 0);
    set_gdt_entry(1, 0, 0xFFFFFFFF, GDT_SIZE | GDT_EXECUTABLE | GDT_SEGMENT | GDT_PRESENT);
    set_gdt_entry(2, 0, 0xFFFFFFFF, GDT_SIZE | GDT_SEGMENT | GDT_PRESENT);
    set_gdt_entry(3, 0, 0xFFFFFFFF, GDT_SIZE | GDT_EXECUTABLE | GDT_SEGMENT | GDT_PRESENT | GDT_RING3);
    set_gdt_entry(4, 0, 0xFFFFFFFF, GDT_SIZE | GDT_SEGMENT | GDT_PRESENT | GDT_RING3);

    asm volatile(
        "lgdt %0\n"
        "mov eax, 0x10\n"
        "mov ss, eax\n"
        "mov es, eax\n"
        "mov ds, eax\n"
        "mov gs, eax\n"
        "mov fs, eax\n"
        "jmp 0x08:1f\n"
        "1:\n"
        : : "m" (gdtp) : "eax"
    );
}

这是我的 gdt.h:

#include <stdint.h>

#define GDT_ENTRIES 7

typedef enum {
    GDT_AVAILABLE = 0x1,
    GDT_LONG_MODE = 0x2,
    GDT_SIZE = 0x3,
    GDT_GRANULARITY = 0x8,
    GDT_ACCESSED = 0x010,
    GDT_READ_WRITE = 0x020,
    GDT_CONFORMING = 0x040,
    GDT_EXECUTABLE = 0x080,
    GDT_SEGMENT = 0x100,
    GDT_RING1 = 0x200,
    GDT_RING2 = 0x400,
    GDT_RING3 = 0x600,
    GDT_PRESENT = 0x800
} GDT_FLAGS;

typedef struct {
    uint16_t limit;
    void *pointer;
}__attribute__((packed)) GDT;

void set_gdt_entry(int, unsigned int, unsigned int, int);
void gdt_init();

我该怎么做才能让它发挥作用？

Answer 1

问题不在于内联汇编代码，但是我在您添加到问题中的代码片段中发现了一些错误：

此 GDT_FLAGS 条目：
```
GDT_SIZE = 0x3
```
应该是：
```
GDT_SIZE = 0x4
```

您正在使用多重引导加载程序，您将访问 0x100000 以上的内存。您的 GDT 条目没有设置 GDT_GRANULARITY 位，因此您只能使用较低的 1MiB 内存。此外，您还没有用 GDT_READ_WRITE 位标记任何描述符。 GDT初始化应该是：

void gdt_init() {
    gdtp.limit = GDT_ENTRIES * 8 - 1;
    gdtp.pointer = gdt;

    set_gdt_entry(0, 0, 0, 0);
    set_gdt_entry(1, 0, 0xFFFFFFFF, GDT_GRANULARITY | GDT_READ_WRITE \
                  | GDT_SIZE | GDT_EXECUTABLE | GDT_SEGMENT | GDT_PRESENT);
    set_gdt_entry(2, 0, 0xFFFFFFFF, GDT_GRANULARITY | GDT_READ_WRITE \
                  | GDT_SIZE | GDT_SEGMENT | GDT_PRESENT);
    set_gdt_entry(3, 0, 0xFFFFFFFF, GDT_GRANULARITY | GDT_READ_WRITE \
                  | GDT_SIZE | GDT_EXECUTABLE | GDT_SEGMENT | GDT_PRESENT | GDT_RING3);
    set_gdt_entry(4, 0, 0xFFFFFFFF, GDT_GRANULARITY | GDT_READ_WRITE \
                  | GDT_SIZE | GDT_SEGMENT | GDT_PRESENT | GDT_RING3);

    asm volatile(
        "lgdt %0\n"
        "mov eax, 0x10\n"
        "mov ss, eax\n"
        "mov es, eax\n"
        "mov ds, eax\n"
        "mov gs, eax\n"
        "mov fs, eax\n"
        "jmp 0x08:1f\n"
        "1:\n"
        : : "m" (gdtp) : "eax"
    );
}

建议

在 OS 开发的早期调试 GDT 代码和中断时，我发现使用 BOCHS 仿真器很有用。它会在出现问题（即三重故障）时转储处理器状态信息，并具有 info gdt 和 info idt 命令将这些表转储到控制台。要使用 BOCHS 进行 OS 开发，您可以生成 ISO 映像并作为 CD-ROM 启动。
您正确编码了 set_gdt_entry，只使用了低 20 位，高 12 位被丢弃。为了使内容更具可读性，我建议使用 0x00000 和 0xFFFFF（含）之间的值指定限制。当使用 GDT_GRANULARITY 时，限制值被 CPU 左移 12 位，低 12 位设置为 0xFFF。当设置 GDT_GRANULARITY 时，限制被视为 4KiB 页面而不是字节。

当未设置 GDT_GRANULARITY 时，限制值只是一个介于 0x00000 和 0xFFFFF 之间的 20 位值，指定限制为字节而不是 4KiB 页。

为什么我的内联汇编代码会导致三重错误？

Why does my inline assembly code cause a triple fault?

x86

gcc

inline-assembly

osdev

gdt

建议