FXN4BH：DOS EXEC 功能 (INT 21h, 4Bh) 載入並執行外部程式示範

前言：程式載入器的核心 — DOS EXEC 系統呼叫

DOS 2.0 引入 INT 21h, AH=4Bh (EXEC) 功能，允許程式載入並執行另一個程式 (`.EXE` 或 `.COM`)，並可選擇載入後返回 (AL=03h) 或覆蓋當前程式 (AL=00h)。FXN4BH.ASM (Ray Duncan, 1983) 示範一個「載入器」：釋放多餘記憶體、準備參數區塊、呼叫 EXEC 載入 CHKDSK.COM、執行完畢後恢復堆疊並繼續執行、最後退出 DOS。程式完整展示了記憶體管理 (4Ah)、環境區塊建立、參數區塊結構、堆疊保存/恢復、錯誤處理等載入器核心技術。

程式流程

1. 保存返回地址：PUSH DS / XOR AX,AX / PUSH AX 在堆疊建立遠端返回地址 (PSP:0)，執行結束後 `RET` 直接回 DOS。
2. 保存堆疊指標：MOV CS:STK_SEG, SS / MOV CS:STK_PTR, SP 存入程式碼段變數 (常駐於 CS)，因 EXEC 會重置 SS:SP。
3. 釋放記憶體：MOV BX, 100h / MOV AH, 4Ah / INT 21h 保留 100h 段落 (256KB? 實際 100h 段落 = 64KB) 給載入器，其餘歸還系統供子程式使用。
4. 準備參數區塊 (PAR_BLK)：
   • 環境區段 (ENVIR 段值)
   • 命令列緩衝區位址 (CMD_LINE: 長度+內容+CR+0)
   • FCB1 位址 (FCB1)
   • FCB2 位址 (FCB2)
5. 呼叫 EXEC：MOV DX, PGM_NAME / MOV BX, PAR_BLK / MOV AL, 0 / MOV AH, 4Bh / INT 21h 載入並執行 CHKDSK.COM。
6. 恢復堆疊與資料段：MOV SS, CS:STK_SEG / MOV SP, CS:STK_PTR / MOV AX, SEG DATA / MOV DS, AX。
7. 列印成功訊息並退出。

關鍵資料結構

1. 參數區塊

par_blk dw ENVIR           ; 環境區段
 dw offset CMD_LINE        ; 命令列緩衝區偏移
 dw seg CMD_LINE           ; 命令列緩衝區段值
 dw offset FCB1            ; FCB1 偏移
 dw seg FCB1               ; FCB1 段值
 dw offset FCB2            ; FCB2 偏移
 dw seg FCB2               ; FCB2 段值

子程式 PSP:80h 將接收 CMD_LINE 內容，PSP:5Ch/6Ch 接收 FCB1/FCB2 內容。

2. 環境區塊 (ENVIR 段)

envir segment para 'ENVIR'
 db 'PATH=',0
 db 'COMSPEC=A:COMMAND.COM',0
 db 0                      ; 雙重 0 結束
envir ends

子程式繼承此環境區。`COMSPEC` 指定命令解釋器位置，`PATH` 指定可執行檔搜尋路徑。

3. 命令列緩衝區

cmd_line db 4, ' *.*', 0Dh, 0

第一位元組 = 長度 (4)，後接參數字串 `*.*`，以 CR (0Dh) 結尾，再補 0。長度不含 CR/0。

4. FCB 範本

fcb1 db 0, 11 dup ('?'), 25 dup (0)   ; 驅動器 0 (預設), 檔名 "???????????"
fcb2 db 0, 11 dup (' '), 25 dup (0)   ; 驅動器 0, 檔名空白

記憶體管理關鍵點

• 載入器編譯為 `.EXE` (非 `.COM`)，擁有獨立區段 (CODE, DATA, STACK, ENVIR)。
• INT 21h, AH=4Ah (修改配置區大小) 必須在 EXEC 前呼叫，否則子程式無可用記憶體。
• EXEC 成功後，子程式佔用釋放的記憶體，載入器堆疊/資料段被暫時覆蓋。返回時必須從 CS 變數恢復 SS:SP/DS。
• 若 EXEC 失敗 (CF=1)，錯誤碼在 AX (1=記憶體不足, 2=檔案不存在...)，載入器應處理錯誤而非直接退出。

完整原始碼

name FXN4BH
page 55,132
title 'FXN4BH --- demo PC-DOS EXEC function'
cr equ 0dh
lf equ 0ah
cseg segment para public 'CODE'
assume cs:cseg,ds:data,ss:stack
demo proc far
push ds
xor ax,ax
push ax
mov cs:STK_SEG,ss
mov cs:STK_PTR,sp
mov bx,100h
mov ah,4ah
int 21h
jc ALLOC_ERR
mov ax,seg DATA
mov ds,ax
mov es,ax
mov dx,offset MSG2
mov ah,9
int 21h
mov dx,offset PGM_NAME
mov bx,offset PAR_BLK
mov al,0
mov ah,4bh
int 21h
mov ss,cs:STK_SEG
mov sp,cs:STK_PTR
mov ax,seg DATA
mov ds,ax
mov dx,offset MSG3
mov ah,9
int 21h
ret
alloc_err:
mov dx,offset MSG1
mov ah,9
int 21h
ret
demo endp
stk_seg dw 0
stk_ptr dw 0
cseg ends
stack segment para stack 'STACK'
db 64 dup (?)\n />stack ends
data segment para public 'DATA'
msg1 db cr,lf,'Unable to release memory.',cr,lf,'$'
msg2 db cr,lf,'Memory above loader released.',cr,lf,'Now loading CHKDSK.COM.',cr,lf,'$'
msg3 db cr,lf,'Loader regained control from CHKDSK,',cr,lf,'now making final exit to PC-DOS.',cr,lf,'$'
pgm_name db 'CHKDSK.COM',0
par_blk dw ENVIR
dw offset CMD_LINE
dw seg CMD_LINE
dw offset FCB1
dw seg FCB1
dw offset FCB2
dw seg FCB2
cmd_line db 4,' *.*',cr,0
fcb1 db 0, 11 dup ('?'), 25 dup (0)\n />fcb2 db 0, 11 dup (' '), 25 dup (0)\n />data ends
envir segment para 'ENVIR'
db 'PATH=',0
db 'COMSPEC=A:COMMAND.COM',0
db 0\n />envir ends\n />end demo

教學價值與現代映照

• EXEC 參數區塊結構：環境區段、命令列、FCB1/2 位址 — 現代 Windows `CreateProcess` `lpEnvironment`、`lpCommandLine`、`STARTUPINFO` 等參數的直接祖先。
• 記憶體釋放與子程式共享：載入器主動縮小自身佔用 (4Ah)，騰出空間給子程式 — 現代行程建立時 OS 自動管理虛擬記憶體，但嵌入式/裸機系統仍需手工管理記憶體區塊。
• 堆疊保存/恢復：EXEC 會重置 SS:SP，載入器必須在 CS/靜態變數中保存原堆疊指標 — 現代執行緒/協程切換同樣需保存堆疊指標 (SP/ESP/RSP)。
• 環境區塊繼承：子程式自動複製父程式環境區 — 現代 `CreateProcess` `bInheritHandles` / 環境區塊指標同樣控制繼承行為。
• 錯誤碼驅動流程：所有系統呼叫檢查 CF，統一錯誤處理 — 現代 `HRESULT`/`errno`/例外機制的同源邏輯。

FXN4BH 以不到 100 行核心邏輯，完整實作了「載入器 → 記憶體準備 → 參數封裝 → 系統呼叫 → 狀態恢復 → 繼續執行」的完整生命週期，是理解作業系統程式載入機制、行程建立 API 設計、嵌入式韌體多階段啟動的基石教材。