高级MS-DOS编程：从基础到实践

### 高级MS-DOS编程：从基础到实践 在计算机编程的世界里，MS-DOS曾经是占据重要地位的操作系统，对于C或汇编语言程序员来说，了解如何在MS-DOS环境下编写高性能、稳定的应用程序至关重要。下面将详细介绍MS-DOS的发展历程、结构、应用程序类型以及编程工具等内容。 #### 1. MS-DOS的发展历程 MS-DOS在短短七年时间里，从一个简单的程序加载器演变成了基于英特尔8086系列微处理器的复杂稳定的操作系统。它的前身是86 - DOS，最初设计是为了模仿CP/M - 80，方便8位CP/M - 80应用程序移植到16位环境。后来，微软收购了86 - DOS并进行了大量修改，将其命名为MS - DOS。 在发展过程中，MS - DOS不断改进和增加新功能： - **版本1.0**：相比CP/M - 80有诸多改进，如改进的磁盘目录结构、更好的磁盘空间分配和管理方法、扩展的操作系统服务以及AUTOEXEC.BAT批处理文件。 - **版本1.25**：修复了一些错误，支持双面磁盘和提高了DOS内核的硬件独立性。 - **版本2.0**：引入了许多类似UNIX/XENIX的特性，如分层文件结构、文件句柄、I/O重定向、管道和过滤器等，还支持硬盘和背景打印。 - **版本2.11**：改进了国际支持，增加了对16位汉字字符的支持并修复了一些小错误。 - **版本2.25**：主要在远东地区分发，进一步扩展了对日语和韩语字符集的支持。 - **版本3.0**：对整个操作系统进行了重大重写，增加了对1.2MB软盘和更大硬盘的支持，以及直接控制打印假脱机程序等功能。 - **版本3.1**：增加了对网络文件和打印机共享的支持。 - **版本3.2**：泛化了设备驱动程序的定义，方便支持新的媒体类型。 - **版本3.3**：大幅扩展了MS - DOS的多语言支持。 - **版本4.0**：增强了可视化外壳并支持非常大的文件系统。 同时，微软还在用户界面和多任务操作系统方面投入了大量精力，如推出了Microsoft Windows和Microsoft OS/2。 ```mermaid graph LR A[MS-DOS 1.0] --> B[MS-DOS 1.25] B --> C[MS-DOS 2.0] C --> D[MS-DOS 2.01] C --> E[PC-DOS 2.1] D --> F[MS-DOS 2.11] F --> G[MS-DOS 3.0] G --> H[MS-DOS 3.1] H --> I[MS-DOS 3.2] I --> J[MS-DOS 3.3] J --> K[MS-DOS 4.0] C --> L[MS-DOS 2.25] H --> M[Windows 1.0] J --> N[Windows 2.0] K --> O[Windows 3.0] style A fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style B fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style C fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style D fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style E fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style F fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style G fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style H fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style I fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style J fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style K fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style L fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style M fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style N fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px style O fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px ``` #### 2. MS-DOS的结构 MS - DOS主要由三个层次组成： - **BIOS模块**：特定于计算机系统，由制造商提供，包含默认的硬件相关设备驱动程序，如控制台显示和键盘、行式打印机、辅助设备、日期和时间以及引导磁盘设备。BIOS在系统初始化时作为IO.SYS文件的一部分被读入随机存取存储器（RAM）。 - **DOS内核**：由微软提供的专有程序，提供一系列硬件无关的系统功能，包括文件和记录管理、内存管理、字符设备输入/输出、生成其他程序以及访问实时时钟。程序通过加载寄存器中的特定参数并使用软件中断来访问这些功能。DOS内核在系统初始化时从引导磁盘的MSDOS.SYS文件读入内存。 - **命令处理器（shell）**：用户与操作系统的接口，负责解析和执行用户命令，包括从磁盘或其他存储设备加载和执行其他程序。默认的shell是COMMAND.COM，它可以被用户自定义的shell替换。 #### 3. MS-DOS应用程序的结构 MS - DOS应用程序主要有两种类型： - **.COM程序**：最大大小约为64KB，适合小模型，代码和数据混合在一起。它以绝对内存映像的形式存储在磁盘上，没有头文件或内部标识信息。加载时，所有段寄存器指向程序段前缀（PSP），栈指针寄存器根据内存情况设置。.COM程序的首选退出方法是Int 21H Function 4CH。 - **.EXE程序**：可以和可用内存一样大，适合小、中或大模型，代码、数据和栈位于不同的段中。它以特殊类型的文件形式存储在磁盘上，有唯一的头文件、重定位映射、校验和等信息。加载时，代码段（CS）和栈段（SS）寄存器会根据程序设置，数据段（DS）和额外段（ES）寄存器指向PSP。.EXE程序处理完成后应通过Int 21H Function 4CH返回控制。 两者的区别如下表所示： |对比项|.COM程序|.EXE程序| | ---- | ---- | ---- | |最大大小|约64KB减去PSP和栈的大小|无限制| |入口点|PSP:0100H|由END语句定义| |AL入口值|默认FCB #1驱动器有效为00H，无效为0FFH|与.COM程序相同| |AH入口值|默认FCB #2驱动器有效为00H，无效为0FFH|与.COM程序相同| |CS入口值|PSP|包含入口点的模块段| |IP入口值|0100H|入口点在其段内的偏移量| |DS入口值|PSP|PSP| |ES入口值|PSP|PSP| |SS入口值|PSP|具有STACK属性的段| |SP入口值|0FFFEH或可用内存的最高字，取较低者|由STACK属性段定义的大小| |栈入口|零字|初始化或未初始化| |栈大小|约64KB减去PSP和代码数据大小|由STACK属性段定义| |子程序调用|通常为NEAR|NEAR或FAR| |退出方法|首选Int 21H Function 4CH，MS - DOS版本1使用Int 20H、Int 21H Function 0或NEAR RETURN|首选Int 21H Function 4CH| |文件大小|程序的确切大小|程序大小加头文件（512字节的倍数）| #### 4. MS-DOS编程工具 准备在MS - DOS下运行的新程序通常需要以下步骤： 1. 使用文本编辑器创建或修改ASCII源代码文件。 2. 使用汇编器（如Microsoft Macro Assembler）或高级语言编译器（如Microsoft C Optimizing Compiler）将源文件转换为可重定位的目标代码。 3. 使用链接器（如Microsoft Object Linker）将可重定位的目标代码转换为可执行的MS - DOS加载模块。 4. 使用调试器对程序进行系统测试和调试。 此外，还有一些辅助工具，如LIB用于创建和维护对象模块库，CREF用于生成交叉引用列表，EXE2BIN用于将.EXE文件转换为.COM文件，MAKE用于比较文件日期并根据结果执行操作。 ### 5. 键盘和鼠标输入 在MS - DOS环境下，键盘是用户输入的基本手段，但随着高分辨率图形适配器的普及，鼠标等指向设备的支持也变得越来越重要。 #### 5.1 键盘输入方法 应用程序可以通过以下几种方法获取键盘输入： - **MS - DOS句柄导向功能**：源于UNIX/XENIX，在MS - DOS 2.0版本首次引入。程序通过提供设备句柄、缓冲区地址和长度来使用这些功能。标准输入句柄（0）可用于读取键盘输入，但它是可重定向的。若要确保输入来自键盘，可打开控制台设备获取句柄进行输入。输入模式分为ASCII模式和二进制模式，两者处理输入的方式不同。 - **MS - DOS传统字符功能**：是CP/M字符I/O功能的超集，最初用于方便现有应用程序从CP/M移植，在MS - DOS 2.0及以后版本中大部分也支持I/O重定向。 - **IBM ROM BIOS键盘驱动功能**：适用于IBM PC兼容机，操作更底层，可绕过I/O重定向和MS - DOS对某些控制字符的特殊处理，但程序的可移植性较差，可能会干扰其他程序的正常运行。 #### 5.2 键盘输入的具体操作 - **使用句柄进行键盘输入**：主要使用Int 21H Function 3FH（Read File or Device）。以下是使用标准输入句柄读取一行的示例代码： ```asm buffer db 80 dup (?) ; 键盘输入缓冲区 . . . mov ah,3fh ; 功能3fh = 读取文件或设备 mov bx,0 ; 标准输入句柄 mov cx,80 ; 最大读取字节数 mov dx,seg buffer ; DS:DX = 缓冲区地址 mov ds,dx mov dx,offset buffer int 21h ; 转移到MS-DOS jc error ; 若检测到错误则跳转 . . . ``` 若要绕过重定向，可打开控制台设备： ```asm buffer db 80 dup (?) ; 键盘输入缓冲区 fname db 'CON',0 ; 键盘设备名称 handle dw 0 ; 键盘设备句柄 . . . mov ah,3dh ; 功能3dh = 打开 mov al,0 ; 模式 = 读取 mov dx,seg fname ; DS:DX = 设备名称 mov ds,dx mov dx,offset fname int 21h ; 转移到MS-DOS jc error ; 若打开失败则跳转 mov handle,ax ; 保存CON的句柄 . . . mov ah,3fh ; 功能3fh = 读取文件或设备 mov bx,handle ; BX = CON的句柄 mov cx,80 ; 最大读取字节数 mov dx,offset buffer ; DS:DX = 缓冲区地址 int 21h ; 转移到MS-DOS jc error ; 若检测到错误则跳转 . . . ``` - **使用传统调用进行键盘输入**：MS - DO