MS-DOS编程的兼容性与可移植性

# MS-DOS编程的兼容性与可移植性 ## 1. 兼容性与可移植性概述 在不断发展的软硬件环境中，MS - DOS程序要保持可用性，就需考虑兼容性和可移植性。这意味着程序要能在合理的机器配置上可靠运行，充分利用系统资源，并且能轻松适应MS - DOS新版本、新机器，甚至全新的环境，如MS OS/2。 ## 2. 兼容性的程度 现有MS - DOS应用程序对操作系统和硬件的使用方式可分为四类： - **MS - DOS兼容应用程序**：仅使用有文档记录的MS - DOS函数调用，不调用ROM BIOS或直接访问硬件。使用ANSI转义序列进行屏幕控制，输入输出可重定向。这类程序能在任何支持MS - DOS的机器上运行，但由于MS - DOS内置显示和串口驱动性能较差，除编译器、汇编器和链接器外，流行程序较少属于此类。 - **ROM BIOS兼容应用程序**：使用有文档记录的MS - DOS和ROM BIOS函数调用，但不直接访问硬件。如今高质量的IBM兼容ROM BIOS确保了IBM ROM BIOS标准的主导地位，但ROM BIOS显示和串口驱动仍无法满足高性能交互式应用的需求，因此这类流行程序也不多。 - **硬件兼容应用程序**：通常使用MS - DOS函数进行大容量存储、内存管理等，在用户界面方面混合使用MS - DOS和ROM BIOS函数调用以及直接硬件访问。不同程序的硬件依赖程度差异很大，大多数流行的MS - DOS“生产力”应用程序都属于此类。 - **“行为不良”的应用程序**：依赖无文档记录的MS - DOS函数调用或数据结构、拦截MS - DOS或ROM BIOS中断，或直接访问大容量存储设备（绕过MS - DOS文件系统）。这类程序对环境极为敏感，通常需要针对每个新的MS - DOS版本或PC型号进行“调整”。 | 兼容性类型 | 使用方式 | 特点 | 流行程序情况 | | --- | --- | --- | --- | | MS - DOS兼容应用程序 | 仅用有文档MS - DOS函数调用，不调ROM BIOS或直访硬件 | 可在支持MS - DOS的任何机器运行 | 除编译器等外较少 | | ROM BIOS兼容应用程序 | 用有文档MS - DOS和ROM BIOS函数调用，不直访硬件 | 依赖ROM BIOS标准 | 数量不多 | | 硬件兼容应用程序 | 混合使用MS - DOS、ROM BIOS函数调用和直接硬件访问 | 硬件依赖程度差异大 | 多数流行“生产力”应用属此类 | | “行为不良”的应用程序 | 依赖无文档MS - DOS内容或直访存储设备 | 对环境敏感，需调整 | 如TSR实用程序等 | ## 3. 编写行为良好的MS - DOS应用程序 ### 3.1 程序结构 - 设计为具有独立代码、数据和堆栈段的.EXE文件，避免使用.COM文件。 - 使用Microsoft的段名和属性约定。 - 在运行时检查环境块以定位程序的覆盖文件或数据文件，避免在程序中“硬编码”目录位置。 ### 3.2 检查主机能力 - 在程序初始化时，使用Int 21H Function 30H获取MS - DOS版本号，确保程序所需的所有函数都可用。若主机MS - DOS版本不足，谨慎选择用于显示错误消息和终止程序的函数。 - 当程序在MS - DOS 3和4版本下运行时，利用其增强功能。例如，使用Int 21H Function 3DH打开文件时可指定共享模式，使用Int 21H Functions 5AH和5BH创建临时或唯一文件，使用Int 21H Function 59H获取扩展错误信息。 ### 3.3 输入和输出 - 仅使用句柄文件函数，并在整个应用程序中支持完整路径（确保在用户输入文件名时允许最大可能的路径长度）。 - 尽可能使用缓冲I/O。MS - DOS 2.0及更高版本的设备驱动程序可处理长达64 KB的字符串，写入较少的大记录比许多短记录能提高性能。 - 避免使用FCB、Int 25H或Int 26H函数，或ROM BIOS磁盘驱动。若必须使用FCB，使用完后关闭，打开时不要移动它们，避免重新打开已打开的FCB或重新关闭已关闭的FCB。 ### 3.4 内存管理 - 在程序初始化时，释放程序不需要的任何内存（对于.COM程序尤为重要）。 - 若程序需要额外内存用于缓冲区或表格，在需要时动态分配，并在不再需要时立即释放。 - 当可用时，使用扩展内存以减少程序对常规内存的需求。 - 一般规则是不触碰程序不拥有的任何内存。使用Int 21H Functions 25H和35H设置或检查中断向量，而不是直接编辑中断向量表。若更改中断向量内容，保存其原始值并在程序退出前恢复。 - 使用EXEC函数（Int 21H Function 4BH）加载覆盖文件或其他程序，以隔离程序对PSP结构和重定位信息的依赖。使用Int 21H Function 4CH终止程序，程序成功执行时传递零返回码，遇到错误时传递非零码。 ### 3.5 异常处理 安装Ctrl - C（Int 23H）和严重错误（Int 24H）处理程序，防止程序因用户输入Ctrl - C或Ctrl - Break或硬件I/O故障而意外终止。这对于使用扩展内存或安装自己的中断处理程序的程序尤为重要。 ## 4. ROM BIOS和硬件兼容应用程序 ### 4.1 引入硬件依赖时的注意事项 因性能原因需要引入ROM BIOS或硬件依赖时，将其隔离到小的、文档完善的过程中，以便在硬件更改时轻松修改。使用宏和常量隐藏硬件特性，避免在程序中散布“魔法数字”。 ### 4.2 检查主机能力 若程序中使用ROM BIOS函数，运行时必须检查机器型号，确保程序所需的函数可用。在F000:FFFEH处有一个机器ID字节，其值解释如下： | 机器ID字节值 | 对应机器型号 | | --- | --- | | F8H | PS/2 Models 70 and 80 | | F9H | PC Convertible | | FAH | PS/2 Model 30 | | FBH | PC/XT (later models) | | FCH | PC/AT, PC/XT - 286, PS/2 Models 50 and 60 | | FDH | PCjr | | FEH | PC/XT (early models) | | FFH | PC “Classic” | 编写自己的直接视频驱动时，需通过Int 10H调用、读取端口以及检查ROM BIOS数据区等方式确定视频适配器的类型和功能。 ### 4.3 避免不稳定硬件 IBM个人计算机架构的某些区域从最初的基于4.77 MHz 8088的IBM PC到如今基于20 MHz 80386的PS/2 Model 80都保持了显著的稳定性，如通过端口61H进行声音控制、8253定时器芯片的通道0和2（端口40H、42H和43H）、端口201H的游戏适配器以及通过端口21H的8259 PIC的屏蔽寄存器控制中断系统。但直接声音生成和对8253定时器或8259 PIC的操作在多任务程序管理器下可能会导致问题。键盘映射、键盘控制器以及软盘和硬盘控制器是相对硬件不稳定的区域，绕过MS - DOS进行键盘或磁盘访问的程序在不同PC型号上正常运行的可能性较小，且容易相互干扰和影响行为良好的应用程序。 ## 5. OS/2兼容性 ### 5.1 MS - DOS与OS/2的兼容性 MS - DOS在多个方面与OS/2向上兼容，OS/2是适用于80286和80386计算机的多任务保护模式虚拟内存操作系统。OS/2图形用户界面与Microsoft Windows 2.0几乎相同，OS/2 1.0和1.1版本使用与MS - DOS完全相同的磁盘格式，便于文件在两者之间移动。最重要的是，OS/2包含“DOS兼容性环境”或“3.x Box”模块，可同时运行一个MS - DOS应用程序和受保护模式的OS/2应用程序。 ### 5.2 3.x Box的工作方式 3.x Box捕获Int 21H函数调用并将其重新映射为OS/2函数调用，模拟加载了文件共享模块（SHARE.EXE）的MS - DOS 3.3环境，但对于Int 21H Function 30H返回主版本号10而不是3。它还支持大多数ROM BIOS调用，通过模拟其功能或锁定设备后调用原始ROM BIOS例程。此外，3.x Box维护ROM BIOS数据区，通过Int 1CH为应用程序提供定时器滴答，并支持某些无文档记录的MS - DOS服务和数据结构，使大多数TSR实用程序能正常工作。 ### 5.3 MS - DOS应用程序在OS/2下的限制 - **CPU周期问题**：MS - DOS应用程序在后台时不接收任何CPU周期，处于冻结状态。若捕获了任何中断向量，这些中断在应用程序再次被选中并处于前台之前不会得到处理。 - **FCB使用限制**：在3.x Box中使用FCB受到限制，与在加载了SHARE.EXE的MS - DOS 3或4下相同。若其他进程正在使用文件，则不能使用FCB打开该文件，同时打开的FCB数量限制为16个或CONFIG.SYS中FCBS = 指令指定的数量。即使使用句柄文件函数，由于其他进程的活动，这些函数也可能意外失败。 - **磁盘写入限制**：不允许使用Int 26H或Int 13H直接写入硬盘，以防止文件系统损坏。 - **中断向量修改限制**：尝试重新编程8259以移动中断向量表或修改已属于OS/2设备驱动程序的中断向量的MS - DOS应用程序将被操作系统终止。不过，MS - DOS应用程序可以更改8259的中断屏蔽寄存器，自行禁用和重新启用中断，以及读写任何I/O端口，但这也意味着MS - DOS程序可能随时导致整个OS/2系统崩溃。 ## 6. 将MS - DOS应用程序移植到OS/2 ### 6.1 移植步骤概述 将现有的MS - DOS汇编语言程序转换为OS/2程序可分为五个步骤： 1. **分段（Segmentation）** 2. **合理化（Rationalization）** 3. **封装（Encapsulation）** 4. **转换（Conversion）** 5. **优化（Optimization）** 前三个阶段可在MS - DOS环境中执行和测试，后两个阶段需要OS/2和受保护模式编程工具。遵循兼容性指南的MS - DOS程序在转换为受保护模式时所需的工作量相对较少。 ### 6.2 分段（Segmentation） #### 6.2.1 保护模式下的内存寻址变化 80286在保护模式下的内存寻址方式与实模式不同。实模式下，80286本质上模拟8088/86处理器，段寄存器的值直接对应物理内存地址；而在保护模式下，段寄存器持有选择器，选择器是描述符表的索引，描述符定义了内存段的物理地址、长度、特性、访问权限以及是否驻留在RAM中。每次程序加载段寄存器或访问内存时，80286硬件会检查相关描述符和程序的特权级别，若选择器或内存操作无效则产生故障。 #### 6.2.2 分段的具体操作 将程序转换为使用Microsoft段、类和组约定的.EXE类型程序。至少要有一个代码段和一个数据段，并声明一个名为DGROUP的组，包含“近”数据段、堆栈和本地堆（如果有）。同时，移除或重写任何直接操作段值的代码。分段和重组后，重新汇编和链接程序，确保其在MS - DOS下仍能按预期工作。 ### 6.3 合理化（Rationalization） #### 6.3.1 消除硬件依赖 将程序转换为完全行为良好的MS - DOS应用程序。首先，彻底消除任何直接操作外围设备适配器、更改中断优先级、编辑系统中断向量表或依赖CPU速度或特性（如定时循环）的元素。对于显示例程，将所有向显示器写入文本、修改字符属性或影响光标形状或位置的例程转换为使用ANSI转义序列的Int 21H Function 40H调用或ROM BIOS Int 10H调用；将所有依赖硬件的键盘操作转换为Int 21H Function 3FH或ROM BIOS Int 16H调用。 #### 6.3.2 优化内存使用 在MS - DOS下，应用程序通常会获得系统中剩余的所有内存；而在OS/2下，进程最初仅分配足够的内存来保存其代码、声明的数据存储和堆栈。可以通过使用/CPARMAXALLOC开关链接应用程序，使MS - DOS加载器的行为类似于OS/2加载器