自制操作系统流程笔记（二）

傷城~ 2022-01-05 10:23 250阅读 0赞

笔记一主要记录了保护模式的知识，笔记二将从os进入保护模式开始。

# 1.FAT12文件系统 #

参考：[https://blog.csdn.net/sunpuyizu19/article/details/50667686][https_blog.csdn.net_sunpuyizu19_article_details_50667686]

[http://blog.sina.com.cn/s/blog\_3edcf6b80100crz1.html][http_blog.sina.com.cn_s_blog_3edcf6b80100crz1.html]

[https://blog.csdn.net/yangyang031213/article/details/79030247][https_blog.csdn.net_yangyang031213_article_details_79030247]

使用diskgenius模拟软盘文件做实验。

FAT12是Microsoft公司DOS操作系统所支持的文件系统之一，此外还有FAT16和FAT32，之后会分别详述这些文件系统。

当软盘被标准格式化后，磁盘被格式化为：每磁头80个柱面(磁道)，每个柱面有18个扇区，每个扇区有512字节空间。所以标准软盘的总空间(容量)为：

2\*80\*18\*512=1474560B=1440K=1.44M

![1628881-20190508221503042-801140490.png][]

![1628881-20190430102222923-164096731.png][]

每个扇区512字节。

## 1.1引导扇区 ##

操作系统标识FAT12文件系统是因为在逻辑0扇区(即引导扇区)处还存储着一个特定的数据结构，此结构有固定的格式，在操作系统将此磁盘格式化时自动生成，具体数据结构如下表所示：

![1628881-20190508221739514-183754505.png][]

偏移13处的是每簇所占用的扇区，类型是字节，簇是数据存储的最小单位，此字段的值取决于分区的大小，在FAT12格式下一般为1，即每簇只有1个扇区(512字节)，簇越大，那么分区的容量也就越大，通过增加簇的扇区数，可以支持更大的磁盘分区，标准的簇大小为1、2、4、8、16、32、64和128，FAT12格式下只能管理2^12个簇(4096)，所以在FAT12格式下能管理和分配的最大空间为：4096\*1\*512=2097152B=2M，所以FAT12一般只适合3.5寸高密度软盘(1.44M)。

## 1.2 文件目录表（分配表） ##

文件分配表所在的扇区应该是(隐藏扇区+保留扇区)=0+1=第1扇区处，从第1扇区开起到第9扇区结束，第一个文件分配表共占用9个扇区，第二个文件分配表从第10个扇区开始到第18扇区结束，在引导扇区的数据结构中明明确的指出了这些位置。

文件分配表数据结构如下图所示：

![1628881-20190508222035825-2046261453.png][]

在FAT表开始扇区的第1字节是存储介质，0f0h代表软盘，0f8代表硬盘；第2、3这两个字节都是0ffh，代表了FAT文件分配表标识符，从第四个字节开始与用户数据区所有的簇一一对应，应该注意的是，用户数据区的第一个簇的序号是002，而不是000，因为储存介质和标识符占用了这两个序号。

在FAT12格式中用12比特位来代表一个簇的序号，我们知道，每个字节有8位比特，所以每个簇要占用1.5个字节，也就是说，占用了第1字节和第2字节的一半才能表示一个簇的序号，半字节的拆分办法按照下图的方式进行：

![1628881-20190508222205586-1354769595.jpg][]

最终我们得到了这4个簇号的内容，内容是0ff0-0ff7h代表坏簇，磁道或柱面损坏不可使用，在格式式磁盘时由系统自动填充；内容是0ff8-0fffh代表文件内容结束，到此簇为止；其它的值代表着下一个簇号，接着我们分析一下刚才得到的那4个簇号的内容代表的意义，第2簇号的内容是0fffh，代表这个文件只占用了第2簇，文件的大小在512B(每簇1扇区512字节)之内。第3簇号的内容是004h，代表它的下一个簇是第4簇；第4簇号的内容是005h,代表它的下一个簇是第5簇，第5簇号的内容是0fffh，代表文件内容结束，所以这个文件应该是从第3簇开始到第5簇结束，占据了3簇的空间，文件大小在1536B(每簇1扇区512字节)之内。

## 1.3 文件目录项 ##

文件目录项最开始位于扇区19(隐藏隐藏+保留扇区+FAT文件分配表占用扇区=0+1+9+9)处，它一共占用了14个扇区的空间，在引导扇区的数据结构中偏移17处的字段BPB\_RootEntCnt指出了最大根目录数，在FAT12中的默认值是224，每个文件目录项占用了32字节的空间，那么共占用224\*32/512=14扇区。

文件目录项的32字节数据结构如下图所示：

![1628881-20190508223620331-36124316.jpg][]

位于偏移11处的是文件属性，使用比特位来设置值：

00000000：普通文件，可随意读写

00000001：只读文件，不可改写

00000010：隐藏文件，浏览文件时隐藏列表

00000100：系统文件，删除的时候会有提示

00001000：卷标，作为磁盘的卷标识符

00010000：目录文件，此文件是一个子目录，它的内容就是此目录下的所有文件目录项

00100000：归档文件

文件的属性可以叠加使用，可以具有多重属性，即设置为只读的时候也可以同时隐藏。

偏移12处的共10字节长的内容没有使用，保留。

偏移22处的是双字节长的文件最后修改时间，使用的方式是分位压缩存储方式，两个字节共16位从高到低分别存储时分秒的数值，其中时占用5位(11-15)，值从0-23，代表小时；分占用6位(5-10)，值从0-59,代表分钟；秒占用5位(0-4)，值为0-29，它的倍数(值\*2)就得到秒数。

偏移24处的是双字节长的文件最后修改日期，使用的方式是分位压缩存储方式，两个字节共16位从高到低分别存储年月日的数值，其中年占用7位(9-15)，值从0-199，此值加上1980就可以得到年份，代表从1980到2099年；月占用4位(5-8)，值从1-12，代表月份；日占用5位(0-4)，值从1-31，代表当月天数。

位于偏移26处的是双字节长的文件首簇号，利用此值就可以得到文件内容占用的第一个簇，然后在文件分配表中就可以得到所有的文件簇了。文件分配表中第一个簇号为002，即文件目录项结束后的第一个簇（扇区，若每簇扇区为数为1）。

最后位于偏移28处的双字(4B)长的文件长度(字节)值。

每个文件目录项的长度是32字节，偏移0处的8字节长的文件名，必须是大写的ASCII字符串，不足8字节就以空格(20h)来填充，接着是3字节长的文件后缀名，同样是大写的ASCII字符串，不足3字节以空格填充。如果文件名的第1字节是0E5h表示此文件已经删除，第1字节是0表示此目录项可用。

# 2. ELF文件格式解析 #

参考：[https://blog.csdn.net/dddxxxx/article/details/80347610][https_blog.csdn.net_dddxxxx_article_details_80347610]

2.1 ELF文件概览

首先，ELF文件格式提供了两种视图，分别是链接视图和执行视图。

![1628881-20190508103620929-1759241716.png][]

链接视图是以节（section）为单位，执行视图是以段（segment）为单位。链接视图就是在链接时用到的视图，而执行视图则是在执行时用到的视图。上图左侧的视角是从链接来看的，右侧的视角是执行来看的。总个文件可以分为四个部分：

*  \- ELF header： 描述整个文件的组织。
 *  \- Program Header Table: 描述文件中的各种segments，用来告诉系统如何创建进程映像的。
 *  \- sections 或者 segments：segments是从运行的角度来描述elf文件，sections是从链接的角度来描述elf文件，也就是说，在链接阶段，我们可以忽略program header table来处理此文件，在运行阶段可以忽略section header table来处理此程序（所以很多加固手段删除了section header table）。从图中我们也可以看出，segments与sections是包含的关系，一个segment包含若干个section。
 *  \- Section Header Table: 包含了文件各个segction的属性信息，我们都将结合例子来解释。

``![1628881-20190508103756234-305558429.png][]

**程序头部表**（Program Header Table），如果存在的话，告诉系统如何创建进程映像。  
**节区头部表**（Section Header Table）包含了描述文件节区的信息，比如大小、偏移等。

2.2 ELF header

elf header 结构体：

#define EI_NIDENT 16
        typedef struct {
               unsigned char e_ident[EI_NIDENT];
               ELF32_Half e_type;　　文件类型
               ELF32_Half e_machine;　　机器的体系结构
               ELF32_Word e_version;　　文件版本
               ELF32__Addr e_entry;　　程序入口地址
               ELF32_Off e_phoff;　　程序头部表在文件中的偏移量
               ELF32_Off e_shoff;　　节区头部表在文件中的偏移量
               ELF32_Word e_flags;　　
               ELF32_Half e_ehsize;　　ELF header 大小
               ELF32_Half e_phentsize;　　Programma header table 中每一个条目的大小
               ELF32_Half e_phnum;　　Programma header table中有多少个条目
               ELF32_Half e_shentsize;　　Section header table 中每个条目的大小
               ELF32_Half e_shnum;　　Section header table中有多少条目
               ELF32_Half e_shstrndx;　　包含节名称的字符串表示第几个节
        }Elf32_Ehdr;

常用数据格式：

![1628881-20190508104124160-1000044223.png][]

2.3 Programma header table 数据结构

描述的是段在文件中的位置、大小以及它被放进内存后所在的位置和大小

![1628881-20190508150205078-278833247.png][]

p\_type 　　当前Programma header所描述的段的类型

p\_offset　　段的第一个字节在文件中的偏移

p\_vaddr　　段的第一个字节在内存中的虚拟地址

p\_paddr　　在物理地址地位相关系统中，此项是为物理地址保留

p\_filesz 　　段在文件中的长度

p\_memsz 　　段在内存中的长度

p\_flags　　与段相关的标志

p\_align　　根据此项值来确定段在文件以及内存中如何对齐

转载于:https://www.cnblogs.com/x-police/p/10797737.html

[https_blog.csdn.net_sunpuyizu19_article_details_50667686]: https://blog.csdn.net/sunpuyizu19/article/details/50667686
[http_blog.sina.com.cn_s_blog_3edcf6b80100crz1.html]: http://blog.sina.com.cn/s/blog_3edcf6b80100crz1.html
[https_blog.csdn.net_yangyang031213_article_details_79030247]: https://blog.csdn.net/yangyang031213/article/details/79030247
[1628881-20190508221503042-801140490.png]: /images/20211229/4a30798add2b49d181db22a902dab897.png
[1628881-20190430102222923-164096731.png]: /images/20211229/0f9a7ac245754cf0b1657a7e08138f35.png
[1628881-20190508221739514-183754505.png]: /images/20211229/d8feb44a905d4c47997d052f9cdad831.png
[1628881-20190508222035825-2046261453.png]: /images/20211229/a5d84e84c43f406ab5d660f351702bc2.png
[1628881-20190508222205586-1354769595.jpg]: /images/20211229/5b05ad822e284009ad143930d2a840e8.png
[1628881-20190508223620331-36124316.jpg]: /images/20211229/1561ae48488b4448afddcd8fe278ddac.png
[https_blog.csdn.net_dddxxxx_article_details_80347610]: https://blog.csdn.net/dddxxxx/article/details/80347610
[1628881-20190508103620929-1759241716.png]: /images/20211229/49e75ff94e8745aa8a6153fc943bc73d.png
[1628881-20190508103756234-305558429.png]: /images/20211229/80cd2e8732794e2f8146a6bec5801545.png
[1628881-20190508104124160-1000044223.png]: /images/20211229/7a177b08b60744ad96537c01c5e25d77.png
[1628881-20190508150205078-278833247.png]: /images/20211229/ab36ee16e9c94efe839a1592f44679a7.png