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            小默

            Linux內核完全注釋 趙炯 第3章 引導啟動程序(boot)

            3      引導啟動程序(boot

            3.1 概述

            本章主要描述 boot/目錄中的三個匯編代碼文件,見列表 3-1 所示。正如在前一章中提到的,這三個 文件雖然都是匯編程序,但卻使用了兩種語法格式。bootsect.s setup.s 采用近似于 Intel 的匯編語言語法,需要使用 Intel  8086 匯編編譯器和連接器 as86 ld86,而 head.s 則使用 GNU 的匯編程序格式,并且運行在保護模式下,需要用 GNU as 進行編譯。這是一種 AT&T 語法的匯編語言程序。

            使用兩種編譯器的主要原因是由于對于 Intel  x86 處理器系列來講,GNU 的編譯器僅支持 i386 及以 后出的 CPU。不支持生成運行在實模式下的程序。

            列表 3-1 linux/boot/目錄

            閱讀這些代碼除了你需要知道一些一般 8086 匯編語言的知識以外,還要對采用 Intel  80X86 微處理器的 PC 機的體系結構以及 80386 32 位保護模式下的編程原理有些了解。所以在開始閱讀源代碼之前可以先大概瀏覽一下附錄中有關 PC 機硬件接口控制編程和 80386 32 位保護模式的編程方法,在閱讀代碼時再就事論事地針對具體問題參考附錄中的詳細說明。

            3.2 總體功能

            這里先總的說明一下 Linux 操作系統啟動部分的主要執行流程。當 PC 電源打開后,80x86 結構的 CPU 自動進入實模式,并從地址 0xFFFF0 開始自動執行程序代碼,這個地址通常是 ROM-BIOS 中的 地址。PC 機的 BIOS 將執行某些系統的檢測,并在物理地址 0 處開始初始化中斷向量。此后,它將可啟動設備的第一個扇區(磁盤引導扇區,512 字節)讀入內存絕對地址 0x7C00 處,并跳轉到這個地方。啟動設備通常是軟驅或是硬盤。這里的敘述是非常簡單的,但這已經足夠理解內核初始化的工作過程了。

            Linux 的最最前面部分是用 8086 匯編語言編寫的(boot/bootsect.s),它將由 BIOS 讀入到內存絕對地址 0x7C00(31KB)處,當它被執行時就會把自己移到絕對地址 0x90000(576KB)處,并把啟動設備中后 2kB字節代碼(boot/setup.s)讀入到內存  0x90200  處,而內核的其它部分(system  模塊)則被讀入到從地址0x10000 開始處,因為當時 system 模塊的長度不會超過 0x80000 字節大小(即 512KB),所以它不會覆 蓋在 0x90000 處開始的 bootsect setup 模塊。后面 setup 程序將會把 system 模塊移動到內存起始處,這樣 system 模塊中代碼的地址也即等于實際的物理地址,便于對內核代碼和數據的操作。圖 3-1 清晰地顯示出 Linux 系統啟動時這幾個程序或模塊在內存中的動態位置。其中,每一豎條框代表某一時刻內存中各程序的映像位置圖。在系統加載期間將顯示信息"Loading..."。然后控制權將傳遞給 boot/setup.s 中的代 碼,這是另一個實模式匯編語言程序。

            3-1  啟動引導時內核在內存中的位置和移動后的位置情況

            啟動部分識別主機的某些特性以及 vga 卡的類型。如果需要,它會要求用戶為控制臺選擇顯示模式 然后將整個系統從地址 0x10000 移至 0x0000 ,進入保護模式跳轉至系統的余下部分(在 0x0000 處)。 此時所有 32 位運行方式的設置啟動被完成: IDTGDT 以及 LDT 被加載,處理器和協處理器也已確認, 分頁工作也設置好了最終調用 init/main.c 中的 main()程序。上述操作的源代碼是在 boot/head.S 中的, 這可能是整個內核中最有訣竅的代碼了。注意如果在前述任何一步中出了錯,計算機就會死鎖。在操作系統還沒有完全運轉之前是處理不了出錯的。

            為什么不把系統模塊直接加載到物理地址 0x0000 開始處而要在 setup 程序中再進行移動呢?這是因 為在 setup 程序代碼開始部分還需要利用 ROM BIOS 中的中斷調用來獲取機器的一些參數(例如顯示卡 模式、硬盤參數表等)。當 BIOS 初始化時會在物理內存開始處放置一個大小為 0x400 字節(1Kb)的中斷向量表,因此需要在使用完 BIOS 的中斷調用后才能將這個區域覆蓋掉。

            3.3 bootsect.s 程序

            3.3.1 功能描述

                bootsect.s 代碼是磁盤引導塊程序,駐留在磁盤的第一個扇區中(引導扇區,0 磁道(柱面),0 磁頭,第 1 個扇區)。在 PC 機加電 ROM BIOS 自檢后,引導扇區由 BIOS 加載到內存 0x7C00 處,然后將自己移動到內存 0x90000 。該程序的主要作用是首先 setup 模塊(由 setup.s 編譯成)從磁盤加載到內存 緊接著 bootsect 的后面位置(0x90200,然后利用 BIOS 中斷 0x13 取磁盤參數表中當前啟動引導盤的參數,接著在屏幕上顯示“Loading  system...”字符串。再者 system 模塊從磁盤上加載到內存 0x10000 開始的地方。隨后確定根文件系統的設備號,若沒有指定,則根據所保存的引導盤的每磁道扇區數判別出盤的類型和種類(是 1.44M  A 盤嗎?)并保存其設備號于root_dev(引導塊的 0x508 地址處),最后長跳轉到 setup 程序的開始處(0x90200)執行 setup 程序

            3.3.2 代碼注釋

            程序 3-1 linux/boot/bootsect.s

            posted on 2010-02-24 22:06 小默 閱讀(439) 評論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: Linux

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