1.10.Организация процессов

В разделе 1.1 уже рассматривались основные характеристики исполнимых в DOS файлов — COM и EXE. Здесь вопросы, связанные с организацией DOS-процессов, рассматриваются более подробно. Описание резидентных программ, занимающих важное место среди DOS-процессов, вынесено в отдельный раздел (2.4).

23. Запуск программ на выполнение

Как и любая операционная система, DOS может загружать и выполнять про­граммы. Во внешней памяти (на диске) программы хранятся в исполнимых файлах двух типов — ЕХЕ и СОМ. Файлам типа COM обычно имеют расширение .com, а файлы типа ЕХЕ — .exe, однако DOS использует свои методы для определения типа файла. Заголовок ЕХЕ-файла обязательно начинается с символов «MZ» или «ZM», и если они присутствуют в начале исполнимого файла и, кроме того, файл длиннее некоторого порогового значения (разного для разных версий DOS), то он загружается как ЕХЕ, если нет — как СОМ.

В ходе загрузки программы происходит формирование служебной области данных PSP (Program Segment Prefix — префикс программного сегмента) и настройка сегментных регистров, определяющих положение сегментов программы в памяти. Область PSP занимает 256 байт и всегда располагается перед сегментом команд (кодов) программы. Как ОС, так и сама программа в некоторых случаях могут обращаться к полям этой области.

СОМ-файлы содержат просто машинный код программы, переносимый в память без изменений и не содержащий служебной информации. По окончании загрузки в память СОМ-программы все четыре сегментных регистра оказываются настроенными на префикс программного сегмента PSP, то есть на единственный сегмент программы, включающий область PSP, а также участки кода, данных и стека; такую структуру можно также представить как несколько сегментов с общим началом (см. рис. 3). Остальные регистры устанавливаются сле­дующим образом: AL = FFh, если первый параметр командной строки содержит неправильное имя диска (например, z:/something), иначе — 00h; АН = FFh, если второй параметр содержит неправильное имя диска, иначе 00h; SP = адрес последнего слова в сегменте (обычно FFFEh; мень­ше, если не хватает памяти).

256 б CS=DS=ES=SS 
	PSP
IP 
	команды
адреса памяти 64 Кб
	данные
SP 	стек

Рис. 3. Пример организации программы СОМ после запуска

В начале ЕХЕ-файла размещен заголовок, содержащий признак формата ЕХЕ, размер программы, размер памяти, зарезервированной для програмы, информацию, определяющую положение сегментов стека и команд в программном модуле, а также положение соответствующих указателей (SP и IP), список команд с абсолютными адресами, не подлежащих модификации, и другие служебные данные, использующиеся при загрузке модуля в память. Следом за заголовком располагается собственно загрузочный модуль.

По окончании загрузки регистры CS и SS указывают на сегменты команд и стека, а указатели IP и SP определяют положение точки входа и вершины стека соответственно. Регистры DS и ES оказываются настроенными на область PSP (см. рис. 4). Если в программе предусмотрен отдельный сегмент данных (как это обычно и бывает), то программист должен включить в программу команды, настраивающие регистр DS на сегмент данных.

256 б ES=DS 
	PSP
CS:IP 
	сегмент команд
(DS )
	сегмент данных
64 Кб SS 
	сегмент стека
64 Кб адреса памяти SP 
64 Кб

Рис. 4. Пример организации программы EXE после запуска

Поля PSP заполняются системой следующим образом:

+00h: слово — CDh 20h — команда INT 20h. Если СОМ-программа завер­шается командой RETN, управление передается на эту команду. Введено для совместимости с командой "CALL 0" операционной системы СР/М (предшественницы DOS)

+02h: слово — сегментный адрес первого байта после области памяти, выделенной для программы

+04h: байт — не используется DOS

+05h: 5 байт — 9Ah F0h FEh 1Dh F0h — команда CALL FAR на абсолют­ный адрес 000C0h, записанная так, чтобы второй и третий байты со­ставляли слово, равное размеру первого сегмента для СОМ-файлов (в этом примере FEF0h). Введено для совместимости с командой СР/М CALL 5

+0Ah: 4 байта — адрес обработчика INT 22h (выход из программы)

+0Eh: 4 байта — адрес обработчика INT 23h (обработчик нажатия Сtrl-Break)

+12h: 4 байта — адрес обработчика INT 24h (обработчик критических ошибок)

+16h: слово — сегментный адрес PSP процесса, из которого был запущен текущий

+18h: 20 байт — JFT — список открытых идентификаторов, один байт на идентификатор, FFh — конец списка

+2Ch: слово — сегментный адрес копии окружения для процесса

+2Eh: 2 слова — SS:SP процесса при последнем вызове INT 21h

+32h: слово — число элементов JFT (по умолчанию 20)

+34h: 4 байта — дальний адрес JFT (по умолчанию PSP:0018)

+38h: 4 байта — дальний адрес предыдущего PSP

+3Ch: байт — флаг, указывающий, что консоль находится в состоянии ввода 2-байтного символа

+3Dh: байт — флаг, устанавливаемый функцией В711 прерывания 2Fh (при следующем вызове INT 21h для работы с файлом имя файла бу­дет заменено на полное)

+3Eh: слово — не используется в DOS

+40h: слово — версия DOS, которую вернет функция DOS 30h (DOS 5.0+)

+42h: 12 байт — не используется в DOS

+50h: 2 байта — CDh 21h — команда INT 21h

+52h: байт — CBh — команда RETF

+53h: 2 байта — не используется в DOS

+54h: 7 байт — область для расширения первого FCB

+5Ch: 16 байт — первый FCB, заполняемый из первого аргумента коман­дной строки

+6Ch: 16 байт — второй FCB, заполняемый из второго аргумента коман­дной строки

+7Ch: 4 байта — не используется в DOS

+80h: 128 байт — командная строка и область DTA по умолчанию

Программа записывается в память, начиная с адреса PSP:0100h. Если заг­ружается ЕХЕ-программа, использующая дальние процедуры или сегмен­ты данных, командный процессор DOS модифицирует эти команды так, чтобы используемые в них сегментные адреса соответствовали сегментным адресам, которые получили эти процедуры и сегменты данных при загрузке программы в память.

Все эти действия выполняет одна функция DOS — загрузить и вы­полнить программу ("Exec").

Функция DOS 4Bh — Загрузить и выполнить программу

Ввод: АН = 4Bh

AL = 00h — загрузить и выполнить

AL = 01h — загрузить и не выполнять

DS:DX — адрес ASCIZ-строки с полным именем программы

ES:BX — адрес блока параметров ЕРВ:

+00h: слово — сегментный адрес окружения, которое будет скопировано для нового процесса (или 0, если использу­ется текущее окружение)

+02h: 4 байта — адрес командной строки для нового процесса

+06h: 4 байта — адрес первого FCB для нового процесса

+0Ah: 4 байта — адрес второго FCB для нового процесса

+0Eh: 4 байта — здесь будет записан SS:SP нового процесса после его завершения (только для AL = 01)

+12h: 4 байта — здесь будет записан CS:IP (точка входа) но­вого процесса после его завершения (только для AL = 01)

AL = 03h — загрузить как оверлей

DS:DX — адрес ASCIZ-строки с полным именем программы

ES:BX — адрес блока параметров:

+00h: слово — сегментный адрес для загрузки оверлея

+02h: слово — число, которое будет использовано в командах, использующих непосредственные сегментные адреса,— обычно то же самое число, что и в предыдущем поле, 0 для СОМ-файлов

AL = 05h — подготовиться к выполнению (DOS 5.0+)

DS:DX — адрес следующей структуры:

+00h: слово — 00h

+02h: слово — бит 0 — программа — ЕХЕ; бит 1 — программа — оверлей

+04h: 4 байта — адрес ASCIZ-строки с именем новой программы

+08h: слово — сегментный адрес PSP новой программы

+0Ah: 4 байта — точка входа новой программы

+0Eh: 4 байта — размер программы, включая PSP

Вывод: CF = 0, если операция выполнена, ВХ и DX модифицируются,

CF = 1, если произошла ошибка, АХ = код ошибки (2 — файл не найден, 5 — доступ к файлу запрещен, 8 — не хватает памяти, 0Ah — неправильное окружение, 0Bh — неправильный формат)

Для подфункций 00 и 01 Exec требуется, чтобы было достаточно свобод­ной памяти для загрузки программы. Как уже говорилось, обычно программа по окончании загрузки становится владельцем максимального блока памяти в системе (чаще всего — всей свободной памяти). ЕХЕ-программы, однако, могут быть сформированы так, чтобы им при загрузке отводилась область памяти меньшего объема (это делается с помощью определенного указания компоновщику программы). СОМ-программы для уменьшения отведенного им блока памяти до минимально необходимого должны воспользоваться функцией DOS 4Ah.

При вызове подфункции 0З DOS загружает оверлей (перекрытие). Оверлеи используются в программах, рассчитанных на выполнение в среде с ограниченным объемом памяти — они загружаются в память, выделенную текущим процессом (обычно, поверх уже ненужных данных). Перед загрузкой оверлея программа должна убедиться, что памяти для загрузки достаточно.

Функция Exec игнорирует расширение файла и различает ЕХЕ- и СОМ-файлы по первым двум байтам заголовка («MZ» для ЕХЕ-файлов).

Подфункция 05 должна вызываться после загрузки и перед передачей управления на программу, причем никакие прерывания DOS и BIOS нельзя вызывать после возвращения из этой подфункции и до перехода на точку входа новой программы.

Загруженной и вызванной таким образом программе предоставляется несколько способов завершения работы. Способ, который чаще всего применяется для СОМ-файлов,— команда RETN. При этом управление передается на адрес PSP:0000, где располагается код команды INT 20h.

Соответственно можно завершить программу сразу, вызвав INT 20h, но оба эти способа требуют, чтобы CS содержал сегментный адрес PSP текущего процесса. Кроме того, они не позволяют вернуть код возврата, который может передать предыдущему процессу информацию о том, как завершилась запущенная программа. Рекомендованный способ завер­шения программы — функция DOS 4Ch (Exit).

Функция DOS 4Ch — Завершить программу

Ввод: АН = 4Ch

AL = код возврата

Значение кода возврата можно использовать в пакетных файлах DOS как переменную ERRORLEVEL и определять из программы с помощью функции DOS 4Dh.

Функция DOS 4Dh — Определить код возврата последнего завершившего­ся процесса

Ввод: АН = 4Dh

Вывод: АН = способ завершения:

00h — нормальный

01h — Ctrl-Break

02h — критическая ошибка

03h — программа осталась в памяти как резидентная

AL = код возврата

CF = 0