Linux内核剖析——操作系统的启动

一.总体功能

1.从通电到BIOS跳转

1.1 CPU在通电后，先进入实模式，设置CS=0XFFFF,IP = 0X0000(指向BIOS)
1.2 BIOS进行执行系统监测，并且在地址=0处初始化中断向量
1.3 将启动设备的第一个扇区(引导扇区,512B)读入0x7c00处
1.4 设置CS=0X07C0,IP=0X0000,跳转到该地址

2.BootSect.S

2.1 跳转到0x7c00时，该部分存放的是BootSect.S的程序，操作系统的所有故事从这开始
2.2 开始执行后，把自身移动到地址0x90000处,并把setup.S读入到0x90200处，内核其他部分被读入到0x10000处
机器从接电到开始的执行顺序如图

3.setup.S

3.1 进入setup.后，将会自动识别主机的某些特性和VGA卡类型，并可以要求用户选择显示模式。
3.2 将系统从0x10000处移动到0x0000处，进入保护模式并跳转到系统模块

4.head.S

设置并加载IDT,GDT，分页，CPU,并调用main.C中的main程序

5.Main.c

执行main程序

6.系统启动程序转移图

7.部分说明

7.1 bootsect.s为什么不直接移动内核程序位置，而要在setup.s中移动?
ans:

setup.s中的部分代码需要用到BIOS提供的中断向量表获取系统信息，在使用完BIOS之后才可将该区域覆盖。

7. 2 仅在内存中加载了上述内核功能并不能让Linux系统运行，仍需要有完整的基本文件系统支持，即称为根文件系统。Linux0.12 使用了Minix的文件系统

二.BootSect.S 代码解析

主要作用

该程序的主要作用是把自己移动到0x90000处并执行，把第二个扇区开始的四个扇区的Setup.s模块加载到bootsect.s之后，使用0x13中断取用当前引导盘的参数，并显示Loading system字符串。随后确定根文件系统的设备号，保存于root_dev，最后跳转到setup处去执行setup.s程序。后缀是大写的S，可以使用GNU C的预处理功能。

核心代码

BOOTSECT = 0X07C0
INITSEG = 0X9000
SETUPSEG = 0X9020
mov ax,#BOOTSECT
mov ds,ax
mov ax,#INITSEG 
mov es,ax
mov cx,256
sub si,si
sub di,di
rep
movw //将DS:SI的内容赋值道ES:DI中，即把自身移动到0x90000处
jmpi go,INITSEG//因为程序空间已经移动，所以需要使用jmpi指令进行继续执行
go:
mov ax,cs
mov ds,ax
mov es,ax
mov ss,ax//把段寄存器全部初始化为当前代码段
mov sp,0xff00//初始化栈
....//略过其余代码
load_setup://载入setup程序
xor dx,dx 
mov cx,0x0002//扇区号为2
mov bx,0x0200
mov ax,0x0200+SETUPLEN//从第二个扇区开始，读4个扇区
int 0x13
//以上初始化0x13参数，并进行读取扇区，读入到es:bx
jnc ok_load_setup
xor dx,dx
xor cx,cx
int 0x13
j load_setup
ok_load_setup:
//..略去打印loading system部分
call read_it//读磁盘上的system模块
jmpi 0,setupseg//跳转到setup.s
//

三.Setup.S 代码解析

主要作用

利用BIOS中断读取机器系统数据，并将这些数据保存到0X90000的位置，覆盖掉BootSect.s的数据，这些参数将被内核中的相关程序使用
接着将system模块移动到0x0000处，加载idtr和gdtr，开启CPU保护模式，并跳转到最前面的head.S运行
为了能让head.S在保护模式中运行，本程序中临时设定了IDT和GDT，并在GDT中设置了当前内核代码段的描述符和数据段的描述符

核心代码

start:
mov ax,INITSEG
mov ds,ax//将DS设置为INITSEG
mov ah,0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov [0],dx//通过中断取得光标位置
mov ah,0x88//获取扩展内存中断的功能调用
int 0x15
mov [2],ax//存储扩展内存数值
....//进行一系列参数获取
cli //不允许中断
mov ax,0x0000
cld
do_move:
mov es,ax//目的地址
add ax,0x1000
cmp ax,0x9000//是否已经移动玩
jz end_move//是，则跳转
mov ds,ax//源地址
sub di,di
sub si,si
mov cx,0x8000//移动64KB
rep
movsw
jmp do_move
call empty_8042//选通A20地址控制线，为了能使用1MB以上内存
mov al,0xd1
out 0x64,al
call empty_8042
mov al,0xdf
out 0x60,al
call empty_8042
mov ax,0x0001
mov cr0,ax//开启保护模式
jmpi 0,8//保护模式寻址，查询GDT进入0地址处

四.head.S 代码解析

notice:

head.s使用AT&T汇编编写，语法略有不同

主要作用

加载各个数据段寄存器，重新设置中断描述符表idt，重新设置GDT，检测A20地址线是否打开，设置分页后，打开main

核心代码

//主要就是调用main函数，过于简单，不写了