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虚拟8086模式的内存管理

下边我们用到的V86即指虚拟8086模式。 在以前的教程中,你学习了怎样模拟V86中断,但还有一个问题没有解决:在VxD和V86代码之间交换数据。我们将在此学习如何使用V86内存管理器来实现这个功能。

理论

假如你的VxD和一些V86程序一起运行,如何传送大量数据到V86程序中或从V86程序中传送大量数据迟早是一个大问题。通过寄存器传送大量数据是不现实的。可能你的下一个想法是在ring0中分配一大块内存,并且通过一些寄存器传送其指针到V86程序,使其能访问这些数据。假如你这样做,可能会破坏你的系统,因为V86的地址定位方式需要segment:offset对,而不是线性定位方式。对这个问题,有很多解决的方法。然而,我选择了一个由V86内存管理器提供的一种简便的方法。

如你能在你可使用的V86内存范围内找到一个空闲的内存块作为通讯缓冲区,这将解决其中的一个问题。然而,指针传送的问题依然存在。你可以通过V86内存管理器的服务来解决这两个问题。V86内存管理器是为V86应用管理内存的静态VxD。它还为V86应用提供EMS和XMS服务和为其他VxD提供API传送服务。API传送是一个从ring0拷贝数据到V86范围内的缓冲区并且传送V86缓冲区地址到V86代码的过程。V86内存管理器有一个在V86内存范围内的传送缓冲区,其含有VxD拷贝到V86内存范围内的数据,反之亦然。初始的缓冲区是4K。你以调用V86MMGR_Set_Mapping_Info来增加它的大小。

现在你知道了传送缓冲区,我们如何拷入或拷出数据呢?这个问题通过调用两个服务来解决:V86MMGR_Allocate_Buffer和V86MMGR_Free_Buffer。

V86MMGR_Allocate_Buffer从传送缓冲区分配一块内存并且从ring0拷贝一些数据到分配的V86缓冲区。V86MMGR_Free_Buffer正好相反:它从分配的V86内存块拷贝一些数据到ring0缓冲区并且释放由V86MMGR_Allocate_Buffer分配的内存块。

记住,V86在内存管理器象堆栈一样管理被分配的缓冲区。这意味着分配/释放必须按先进后出的规则。所以如你调用了两次V86MMGR_Allocate_Buffer,第一个V86MMGR_Free_Buffer将释放由第二个V86MMGR_Allocate_Buffer调用而分配的缓冲区。

我们来看一下V86MMGR_Allocate_Buffer的定义,它是一个基本寄存器传送参数的服务。

  • EBX 当前VM的句柄
  • EBP 指向当前VM的客户寄存器结构的指针
  • ECX 从传送缓冲区分配的字节数 CARRY FLAG 进位标志位,如你不想从ring0缓冲区拷贝数据到分配的内存块就清零, 如你想从ring0缓冲区拷贝数据到分配的内存块就置1
  • FS:ESI 指向ring0缓冲区的selector:offset指针,缓冲区中有要被拷贝到被分配的 缓冲区中的数据如果进位标志位被清零,则忽略它。
  • 假如调用成功,进位标志位被清零并且ECX包含在传送缓冲区中的字节数。这个数值应小于你要求的数值,所以你应保持这个数值,V86MMGR_Free_Buffer待会要用到它。EDI的高字包含被分配的内存块的V86段地址,偏移地址在在低字中。进位标志位当错误发生时被置位。

    V86MMGR_Free_Buffer和V86MMGR_Allocate_Buffer接受同样的参数。

    当你调用V86MMGR_Allocate_Buffer时,你在当前VM的V86内存范围内分配了一块内存,并且把其地址放到了EDI中。你可以使用这些服务传送数据到V86中断中或从V86中断中取得数据。

    在附加的API传送中,V86内存管理器也给其他VxDs提供了API映射服务。API映射服务是映射一些在扩展内存中的页到每个VM的V86内存范围。你可以使用V86MMGR_Map_Pages执行API映射。使用这个服务,页被映射到每个VM的同一线性地址空间上。如你仅仅工作在一个VM上,这将浪费地址空间。因为API映射比API传送要慢,所以你尽可能使用API传送方式。API映射仅仅使用在一些要访问同一线性地址空间并作用到所有VM的V86操作上。

    例子:

    这个例子演示了API传送方式,使用了int 21h的440Dh功能(从代码66h)。这个中断调用得到媒体ID,你的第一个固定磁盘的卷标号。

    ;--------------------------------------------------------------- 
    ;                            VxDLabel.asm 
    ;--------------------------------------------------------------- 
    .386p 
    include \masm\include\vmm.inc 
    include \masm\include\vwin32.inc 
    include \masm\include\v86mmgr.inc 
    VxDName TEXTEQU  
    ControlName TEXTEQU  
    VxDMajorVersion TEXTEQU <1> 
    VxDMinorVersion TEXTEQU <0> 
    
    VxD_STATIC_DATA_SEG 
    VxD_STATIC_DATA_ENDS 
    
    VXD_LOCKED_CODE_SEG 
    ;---------------------------------------------------------------------------- 
    ; Remember: The name of the vxd MUST be uppercase else it won't work/unload 
    ;---------------------------------------------------------------------------- 
    DECLARE_VIRTUAL_DEVICE %VxDName,%VxDMajorVersion,%VxDMinorVersion, %ControlName,UNDEFINED_DEVICE_ID,UNDEFINED_INIT_ORDER 
    
    Begin_control_dispatch %VxDName 
            Control_Dispatch W32_DEVICEIOCONTROL, OnDeviceIoControl 
    End_control_dispatch %VxDName 
    
    VXD_LOCKED_CODE_ENDS 
    
    VXD_PAGEABLE_CODE_SEG 
    BeginProc OnDeviceIoControl 
     assume esi:ptr DIOCParams 
     .if [esi].dwIoControlCode==1 
      VMMCall Get_Sys_VM_Handle 
      mov Handle,ebx 
      assume ebx:ptr cb_s 
      mov ebp,[ebx+CB_Client_Pointer] 
      mov ecx,sizeof MID 
      stc 
      push esi 
      mov esi,OFFSET32 MediaID 
      push ds 
      pop fs 
      VxDCall V86MMGR_Allocate_Buffer 
      pop esi 
      jc EndI 
      mov AllocSize,ecx 
      Push_Client_State 
      VMMCall Begin_Nest_V86_Exec 
      assume ebp:ptr Client_Byte_Reg_Struc 
      mov [ebp].Client_ch,8 
      mov [ebp].Client_cl,66h 
      assume ebp:ptr Client_word_reg_struc 
      mov edx,edi 
      mov [ebp].Client_bx,3 ; drive A 
      mov [ebp].Client_ax,440dh 
      mov [ebp].Client_dx,dx 
      shr edx,16 
      mov [ebp].Client_ds,dx 
      mov eax,21h 
      VMMCall Exec_Int 
      VMMCall End_Nest_Exec 
      Pop_Client_State 
      ;------------------------------- 
      ; retrieve the data 
      ;------------------------------- 
      mov ecx,AllocSize 
      stc 
      mov ebx,Handle 
      push esi 
      mov esi,OFFSET32 MediaID 
      push ds 
      pop fs 
      VxDCall V86MMGR_Free_Buffer 
      pop esi 
      mov edx,esi 
      assume edx:ptr DIOCParams 
      mov edi,[edx].lpvOutBuffer 
      mov esi,OFFSET32 MediaID.midVolLabel 
      mov ecx,11 
      rep movsb 
      mov byte ptr [edi],0 
      mov ecx,[edx].lpcbBytesReturned 
      mov dword ptr [edx],11 
    EndI: 
     .endif 
     xor eax,eax 
     ret 
    EndProc OnDeviceIoControl 
    VXD_PAGEABLE_CODE_ENDS 
    
    VXD_PAGEABLE_DATA_SEG 
     MID struct 
      midInfoLevel dw 0 
      midSerialNum dd ? 
      midVolLabel db 11 dup(?) 
      midFileSysType db 8 dup(?) 
     MID ends 
     MediaID MID <> 
     Handle dd ? 
     AllocSize dd ? 
    VXD_PAGEABLE_DATA_ENDS 
    
    end 
    
    ;------------------------------------------------------------ 
    ;                        Label.asm 
    ; The win32 VxD loader. 
    ;------------------------------------------------------------ 
    .386 
    .model flat,stdcall 
    option casemap:none 
    
    include \masm32\include\windows.inc 
    include \masm32\include\user32.inc 
    include \masm32\include\kernel32.inc 
    includelib \masm32\lib\user32.lib 
    includelib \masm32\lib\kernel32.lib 
    
    DlgProc PROTO :DWORD,:DWORD,:DWORD,:DWORD 
    .data 
    Failure db "Cannot load VxDLabel.VXD",0 
    AppName db "Get Disk Label",0 
    VxDName db "\\.\vxdLabel.vxd",0 
    OutputTemplate db "Volume Label of Drive C",0 
    
    .data? 
    hInstance HINSTANCE ? 
    hVxD dd ? 
    DiskLabel db 12 dup(?) 
    BytesReturned dd ? 
    
    .const 
    IDD_VXDRUN    equ 101 
    IDC_LOAD      equ 1000 
    
    .code 
    start: 
     invoke GetModuleHandle, NULL 
     mov    hInstance,eax 
     invoke DialogBoxParam, hInstance, IDD_VXDRUN ,NULL,addr DlgProc,NULL 
     invoke ExitProcess,eax 
    
    DlgProc proc hDlg:HWND, uMsg:UINT, wParam:WPARAM, lParam:LPARAM 
     .IF uMsg==WM_INITDIALOG 
      invoke CreateFile,addr VxDName,0,0,0,0,FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE,0 
      .if eax==INVALID_HANDLE_VALUE 
       invoke MessageBox,hDlg,addr Failure,addr AppName,MB_OK+MB_ICONERROR 
       mov hVxD,0 
       invoke EndDialog,hDlg,NULL 
      .else 
       mov hVxD,eax 
      .endif 
     .elseif uMsg==WM_CLOSE 
      .if hVxD!=0 
       invoke CloseHandle,hVxD 
      .endif 
      invoke EndDialog,hDlg,0 
     .ELSEIF uMsg==WM_COMMAND 
      mov eax,wParam 
      mov edx,wParam 
      shr edx,16 
      .if dx==BN_CLICKED 
       .IF ax==IDC_LOAD 
         invoke DeviceIoControl,hVxD,1,NULL,0,addr DiskLabel,12,addr BytesReturned,NULL 
         invoke MessageBox,hDlg,addr DiskLabel,addr OutputTemplate,MB_OK+MB_ICONINFORMATION 
       .endif 
      .endif 
     .ELSE 
      mov eax,FALSE 
      ret 
     .ENDIF 
     mov eax,TRUE 
     ret 
    DlgProc endp 
    end start
    

    讲解

    我们首先分析lable.asm,它是一个加载了VxD的WIN32应用程序。

    invoke DeviceIoControl,hVxD,1,NULL,0,addr DiskLabel,12,addr BytesReturned,NULL

    它调用DeviceIoControl,设备代码是1,没有输入缓冲区,一个指向输出缓冲区的指针及其大小。DiskLable是一个接收由VxD返回的卷标号的缓冲区。BytesReturned变量存有返回的字节数。这个例子说明了怎样传送数据和从VxD接收数据:你传送输入/输出缓冲区给VxD并且VxD读取/写入数据到指定的缓冲区。

    我们下面看看VxD代码。

        VMMCall Get_Sys_VM_Handle 
        mov Handle,ebx 
        assume ebx:ptr cb_s 
        mov ebp,[ebx+CB_Client_Pointer

    当一个VxD接收W32_DeviceIoControl消息,它调用Get_Sys_VM_Handle得到系统VM的句柄并把它存在一个叫Handle的变量中。下面将从VM控制块中提取指向客户寄存器结构的指针到EBP。

        mov ecx,sizeof MID 
        stc 
        push esi 
        mov esi,OFFSET32 MediaID 
        push ds 
        pop fs 
        VxDCall V86MMGR_Allocate_Buffer 
        pop esi 
        jc EndI 
        mov AllocSize,ecx

    下面,准备传送到V86MMGR_Allocate_Buffer的参数。我们必须初始化被分配的缓冲区。我们把MediaID的偏移量送到ESI中,并且把选择子放在FS中,然后调用V86MMGR_Allocate_Buffer。你等会要恢复指向DIOCParams的指针,所以我们必须通过push esi 和pop esi来保护它。

        Push_Client_State 
        VMMCall Begin_Nest_V86_Exec 
        assume ebp:ptr Client_Byte_Reg_Struc 
        mov [ebp].Client_ch,8 
        mov [ebp].Client_cl,66h 
        assume ebp:ptr Client_word_reg_struc 
        mov edx,edi 
        mov [ebp].Client_bx,3 ; drive C 
        mov [ebp].Client_ax,440dh

    我们在客户寄存器结构中准备参数值来执行int 21h的440Dh功能(从代码66h),得到盘C的媒体ID。我们拷贝edi的值到edx中(edi中有由V86MMGR_Allocate_Buffer分配的内存块的V86地址)。

        mov [ebp].Client_dx,dx 
        shr edx,16 
        mov [ebp].Client_ds,dx

    调用了int 21h的440Dh功能(从代码66h)后,在ds:dx中得到一指向一个MID结构的指针,我们必须把在edx中的segment:offset对转换成两个部分并把它们放到合适的寄存器映象中。

        mov eax,21h 
        VMMCall Exec_Int 
        VMMCall End_Nest_Exec 
        Pop_Client_State

    当一切都准备好了,我们将运行Exec_Int去模拟一个中断。

        mov ecx,AllocSize 
        stc 
        mov ebx,Handle 
        push esi 
        mov esi,OFFSET32 MediaID 
        push ds 
        pop fs 
        VxDCall V86MMGR_Free_Buffer 
        pop esi

    当Exec_Int返回时,分配的缓冲已经由我们想要的信息填满了。下一步是检索信息。我们使用 V86MMGR_Free_Buffer来完成这个目标。这个服务释放由V86MMGR_Allocate_Memory分配的内存块,并且从分配的内存块中拷贝数据到ring0中的内存块。象V86MMGR_Allocate_Memory,如果你想要进行拷贝操作,你必须先把进位标志位置1,再调用服务。

        mov edx,esi 
        assume edx:ptr DIOCParams 
        mov edi,[edx].lpvOutBuffer 
        mov esi,OFFSET32 MediaID.midVolLabel 
        mov ecx,11 
        rep movsb 
        mov byte ptr [edi],0 
        mov ecx,[edx].lpcbBytesReturned 
        mov dword ptr [edx],11

    我们在ring0中得到这个信息后,拷贝这个卷标值到Win32应用程序提供的缓冲区中。我们可以用DIOCParams的成员lpvOutBuffer来访问它。