Linux-0.11 boot目录head.s详解
Linux-0.11 boot目录head.s详解
模块简介
在head.s中，操作系统主要做了如下几件事：
- 重新设置中断描述符和全局描述符
- 检查A20地址线是否开启
- 检查数学协处理器
- 初始化页表并开启分页
- 跳转到main函数执行
过程详解
重新设置IDT和GDT
在setup.s中我们已经设置过了IDT和GDT， 为什么还要再设置一遍？
因为setup.s中设置的IDT和GDT后面会被覆盖，因此在head.S中会重新设置一遍。
startup_32:movl $0x10,%eaxmov %ax,%dsmov %ax,%esmov %ax,%fsmov %ax,%gslss stack_start,%espcall setup_idt !设置中断call setup_gdt !设置全局描述符表movl $0x10,%eax # reload all the segment registersmov %ax,%ds # after changing gdt. CS was alreadymov %ax,%es # reloaded in 'setup_gdt'mov %ax,%fsmov %ax,%gslss stack_start,%esp
中断门描述符的格式如下所示:
检查A20地址线是否开启
下面用于检测A20地址线是否已经开启。
xorl %eax,%eax
1: incl %eax # check that A20 really IS enabledmovl %eax,0x000000 # loop forever if it isn'tcmpl %eax,0x100000je 1b
检查数学协处理器
下面用于检查数学协处理器芯片是否存在
movl %cr0,%eax # check math chipandl $0x80000011,%eax # Save PG,PE,ET
/* "orl $0x10020,%eax" here for 486 might be good */orl $2,%eax # set MPmovl %eax,%cr0call check_x87jmp after_page_tables/** We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.*/
check_x87:fninit !向协处理发出初始化命令fstsw %ax !取协处理器状态字到ax寄存器中cmpb $0,%alje 1f /* no coprocessor: have to set bits */movl %cr0,%eaxxorl $6,%eax /* reset MP, set EM */movl %eax,%cr0ret
初始化页表并开启分页
下面这里将进行页表的安装，安装的过程参考下面这张图：
after_page_tables:pushl $0 # These are the parameters to main :-)pushl $0pushl $0pushl $L6 # return address for main, if it decides to.pushl $mainjmp setup_pagingsetup_paging:movl $1024*5,%ecx /* 5 pages - pg_dir+4 page tables */xorl %eax,%eaxxorl %edi,%edi /* pg_dir is at 0x000 */cld;rep;stoslmovl $pg0+7,pg_dir /* set present bit/user r/w */movl $pg1+7,pg_dir+4 /* --------- " " --------- */movl $pg2+7,pg_dir+8 /* --------- " " --------- */movl $pg3+7,pg_dir+12 /* --------- " " --------- */movl $pg3+4092,%edimovl $0xfff007,%eax /* 16Mb - 4096 + 7 (r/w user,p) */std
1: stosl /* fill pages backwards - more efficient :-) */subl $0x1000,%eaxjge 1bcldxorl %eax,%eax !设置页目录表基址寄存器cr3的值movl %eax,%cr3 movl %cr0,%eax !设置启动使用分页处理orl $0x80000000,%eaxmovl %eax,%cr0 /* set paging (PG) bit */ret /* this also flushes prefetch-queue */
跳转到main函数执行
在setup_paging执行完毕之后，会通过ret返回，ret指令会将栈顶的内容弹出到PC指针中去执行。此时esp指向的位置存放的是main函数的地址。因此接下来会执行main函数。
注意到在将main入栈时，还一同入栈了一些其他参数
pushl $0 # These are the parameters to main :-)pushl $0pushl $0pushl $L6
这里就需要回顾一下c语言的调用规约，如下图所示：
因此这里可以得到L6是main函数的返回值。立即数0，0，0将会被作为main函数的入参。
接下来再看下面的代码就很清晰了，实际就是在建立好页表的映射关系后，就开始跳转到main函数去执行了(init/main.c)。
after_page_tables:pushl $0 # These are the parameters to main :-)pushl $0pushl $0pushl $L6 # return address for main, if it decides to.pushl $mainjmp setup_pagingsetup_paging:...ret
Q & A
setup_paging在建立页表时会将head.s的部分代码覆盖，怎么保证不会把正在执行的代码覆盖？
可以通过反汇编查看一下system模块的内存分布
objdump -d tools/system
如下所示：
00000000 <pg_dir>:0: b8 10 00 00 00 mov $0x10,%eax5: 8e d8 mov %eax,%ds...
0000005a <check_x87>:5a: db e3 fninit 5c: 9b df e0 fstsw %ax5f: 3c 00 cmp $0x0,%al...
00000071 <setup_idt>:71: 8d 15 28 54 00 00 lea 0x5428,%edx77: b8 00 00 08 00 mov $0x80000,%eax...
0000008e <rp_sidt>:8e: 89 07 mov %eax,(%edi)90: 89 57 04 mov %edx,0x4(%edi)...
000000a1 <setup_gdt>:a1: 0f 01 15 b2 54 00 00 lgdtl 0x54b2a8: c3 ret ...
00001000 <pg0>:...00002000 <pg1>:...00003000 <pg2>:...00004000 <pg3>:...
00005000 <tmp_floppy_area>:...
00005400 <after_page_tables>:5400: 6a 00 push $0x05402: 6a 00 push $0x0...
00005412 <L6>:5412: eb fe jmp 5412 <L6>
00005414 <int_msg>:5414: 55 push %ebp5415: 6e outsb %ds:(%esi),(%dx)...
00005428 <ignore_int>:5428: 50 push %eax5429: 51 push %ecx...
0000544e <setup_paging>:544e: b9 00 14 00 00 mov $0x1400,%ecx5453: 31 c0 xor %eax,%eax5455: 31 ff xor ...
000054aa <idt_descr>:54aa: ff 07 incl (%edi)54ac: b8 54 00 00 00 mov $0x54,%eax...000054b2 <gdt_descr>:54b2: ff 07 incl (%edi)54b4: b8 .byte 0xb854b5: 5c pop %esp...000054b8 <idt>:...00005cb8 <gdt>:...5cc0: ff 0f decl (%edi)
可以看到代码标号setup_page的起始地址是0000544e，而内存页表和页目录表的地址范围是0x0000-0x5000。因此当程序执行到setup_page时，将建立页目录表和页表， 这将会覆盖0x0000-0x5000的部分代码，即pg_dir，check_x87，setup_idt，rp_sidt，setup_gdt， 并不会覆盖到setup_page的代码，head.s在代码的分布计算上确实是费了一番功夫。
文中如有表达不正确之处，欢迎大家与我交流
