x86架构 --- 内核引导
内核的内存分布
- 初始化代码
从BIOS 那里接管处理器和计算机硬件的控制权，安装最基本的段描述符，初始化最初的执行环境。然后，从硬盘上读取和加载内核的剩余部分，创建组成内核的各个内存段。 - 内核代码段
用于分配内存，读取和加载用户程序，控制用户程序的执行。 - 内核数据段
提供了一段可读写的内存空间，供内核自己使用。 - 公共例程段
用于提供各种用途和功能的子过程以简化代码的编写。这些例程既可以用于内核，也供用户程序调用。 - 头部段
用于记录每个段的汇编位置以及内核的入口信息，告诉初始化代码如何加载内核
硬盘主引导扇区代码
1
加载之前，主引导扇区的代码位与硬盘上，内核的起始逻辑扇区号为1(约定 写入虚拟硬盘时就写入到1号扇区)。需要将内核加载到内存0x00040000的位置上。
core_base_address equ 0x00040000 ;常数，内核加载的起始内存地址
core_start_sector equ 0x00000001 ;常数，内核的起始逻辑扇区号
2 进入保护模式
加载内核之前需要进入保护模式，访问全部的内存空间，并且为内核执行作准备（内核工作在保护模式下）
主要是设置gdt的base和size信息写到gdtr寄存器，然后安装：
mov word [cs: pgdt+0x7c00],39 ;描述符表的界限
...
...
pgdt dw 0
dd 0x00007e00 ;GDT的物理地址
lgdt [cs:pgdt+0x7c00]
由于0x00007e00是32位物理地址，目前仍为实模式，所以要转为逻辑段地址和偏移地址
方法是除16，商为段地址，余数为偏移地址。
;计算GDT所在的逻辑段地址
mov eax,[cs:pgdt+0x7c00+0x02] ;GDT的32位物理地址
xor edx,edx
mov ebx,16
div ebx ;分解成16位逻辑地址
mov ds,eax ;令DS指向该段以进行操作
mov ebx,edx ;段内起始偏移地址
创建数据段描述符，初始代码段描述符，堆栈段描述符，显示缓冲区描述符：
注意这里数据段是整个4GB的内存空间，代码段重叠在其上，开始于0x00007c00，代码段不能直接修改，但可以通过对数据段的修改来到达这个目的：
;跳过0#号描述符的槽位
;创建1#描述符，这是一个数据段，对应0~4GB的线性地址空间
mov dword [ebx+0x08],0x0000ffff ;基地址为0，段界限为0xFFFFF
mov dword [ebx+0x0c],0x00cf9200 ;粒度为4KB，存储器段描述符
;创建保护模式下初始代码段描述符
mov dword [ebx+0x10],0x7c0001ff ;基地址为0x00007c00，界限0x1FF
mov dword [ebx+0x14],0x00409800 ;粒度为1个字节，代码段描述符
;建立保护模式下的堆栈段描述符 ;基地址为0x00007C00，界限0xFFFFE
mov dword [ebx+0x18],0x7c00fffe ;粒度为4KB
mov dword [ebx+0x1c],0x00cf9600
;建立保护模式下的显示缓冲区描述符
mov dword [ebx+0x20],0x80007fff ;基地址为0x000B8000，界限0x07FFF
mov dword [ebx+0x24],0x0040920b ;粒度为字节
打开A20，兼容8086程序：
in al,0x92 ;南桥芯片内的端口
or al,0000_0010B
out 0x92,al ;打开A20
然后关中断，设置CR0的Protect Enable PE位进入保护模式
cli ;中断机制尚未工作
mov eax,cr0
or eax,1
mov cr0,eax ;设置PE位
很重要的，使用jmp清空流水线：
0x0010时代码段描述符选择子的“索引”位置,，flush则是flush代码块在代码段的32位偏移
jmp dword 0x0010:flush ;16位的描述符选择子：32位偏移 清流水线并串行化处理器
完成！！！
现在内存分布应该是这个样子：
3 加载内核
加载内核就需要从指定的硬盘扇区读取数据到指定的内存空间里，这两个”指定“前面第一步就已经设置好了
(core_base_address 和 core_start_sector)
读取数据需要访问硬盘，操作I/O接口中端口寄存器。数据读取出来要放到内存中数据段，需要段寄存器预先设置到指定位置
mov eax,0x0008 ;加载数据段(0..4GB)选择子
mov ds,eax
mov eax,0x0018 ;加载堆栈段选择子
mov ss,eax
xor esp,esp ;堆栈指针 <- 0
还记得之前章节中所说的引导扇区代码和用户程序之间的约定吗？这里操作系统代码就是之前的用户程序，同样需要和引导代码之间做一个约定！这样引导扇区代码才知道操作系统到底有多大。根据约定，操作系统代码头部第一个扇区内应该记录一些信息，包括：
- 核心程序总长度
- 系统公用例程段位置
- 核心数据段位置
- 核心代码段位置
- 核心代码段入口点
现在让引导代码开始从硬盘读取这至关重要的第一扇区。
读硬盘的代码封装成一个过程调用：
参数：
逻辑扇区号，用EAX传送
目标缓冲区地址，DS:EBX传送，DS表示描述符索引，EBX作为逻辑偏移量
返回值：
EBX，让偏移直接+512，以便读取下一个扇区。
read_hard_disk_0: ;从硬盘读取一个逻辑扇区
;EAX=逻辑扇区号
;DS:EBX=目标缓冲区地址
;返回：EBX=EBX+512
push eax
push ecx
push edx
push eax
mov dx,0x1f2
mov al,1
out dx,al ;读取的扇区数
inc dx ;0x1f3
pop eax
out dx,al ;LBA地址7~0
inc dx ;0x1f4
mov cl,8
shr eax,cl
out dx,al ;LBA地址15~8
inc dx ;0x1f5
shr eax,cl
out dx,al ;LBA地址23~16
inc dx ;0x1f6
shr eax,cl
or al,0xe0 ;第一硬盘 LBA地址27~24
out dx,al
inc dx ;0x1f7
mov al,0x20 ;读命令
out dx,al
.waits:
in al,dx
and al,0x88
cmp al,0x08
jnz .waits ;不忙，且硬盘已准备好数据传输
mov ecx,256 ;总共要读取的字数
mov dx,0x1f0
.readw:
in ax,dx
mov [ebx],ax
add ebx,2
loop .readw
pop edx
pop ecx
pop eax
ret
接下来就需要调用这个过程来读取第一扇区，别忘了传参：
逻辑扇区号，用EAX传送，EAX里要送入core_start_sector
目标缓冲区地址，DS:EBX传送，DS表示描述符索引，EBX作为逻辑偏移量。DS指向数据段的初始化前面已经做过了，EBX要送入core_base_address。
ok，万事俱备，开始调用
call read_hard_disk_0
等这次调用返回，第一扇区中的内容就copy到core_base_address开始内存位置上了，所以core_base_address起始的一个double word即四字节就是内核程序的总长度，取到这个总长度，除以512 从而算出我们还有多少个扇区没有读取。
;edi事先设置为core_base_address
;以下判断整个程序有多大
mov eax,[edi] ;核心程序尺寸
xor edx,edx
mov ecx,512 ;512字节每扇区
div ecx
如果除数是0，那就说明这内核很小，还没到512字节（事实上os不会这么小）
如果除数不为0，那么商就等于总扇区数-1，但是我们已经读取一个扇区了，也就是说商就是未读扇区数
知道这些后面就开分支根据不同情况读取就行：
or edx,edx
jnz @1 ;未除尽，因此结果比实际扇区数少1
dec eax ;已经读了一个扇区，扇区总数减1
@1:
or eax,eax ;考虑实际长度≤512个字节的情况
jz setup ;EAX=0 ?
;读取剩余的扇区
mov ecx,eax ;32位模式下的LOOP使用ECX
mov eax,core_start_sector
inc eax ;从下一个逻辑扇区接着读
@2:
call read_hard_disk_0
inc eax
loop @2
内核已经全部读到了内存中，老话说入乡随俗，内核要被执行，读取，操作数据，也是要到GDT表中登记自己的分段信息的。
所以现在首要任务为它的各个段创建描述符。
创建描述符并加载这种事情之前已经做过了
lgdt [cs: pgdt+0x7c00]
现在就像交了作业却发现还有几道题没写的你，需要把几道题写上再重提交一次。
我们的任务是重新从标号pgdt 处取得GDT 的基地址，为其添加描述符，并修改它的大小，然后用lgdt 指令重新加载一遍GDTR 寄存器，使修改生效。
之前做这件事时我们是在实模式下，可以对数据进行任意的修改。现在我们已经处于保护模式，代码段无法修改。但是前面说过代码段和数据段重叠在一起，可以通过对数据段的修改来达到对代码段进行修改的目的
setup:
mov esi,[0x7c00+pgdt+0x02] ;不可以在代码段内寻址pgdt，但可以通过4GB的段来访问
经过上面的设置，现在edi指向内核程序的起始地址，内核程序head部分给出了其中各个部分所在的位置。
刚才计算内核程序尺寸已经用到过core_length，现在要使用下面几个，光有段所在的位置还不够，还需要计算每个段的界限，这就需要将相邻段位置之间相减，方能算出每个段的段长，再减去一则是段界限大小。
15 ;以下是系统核心的头部，用于加载核心程序
16 core_length dd core_end ;核心程序总长度#00
17
18 sys_routine_seg dd section.sys_routine.start
19 ;系统公用例程段位置#04
20
21 core_data_seg dd section.core_data.start
22 ;核心数据段位置#08
23
24 core_code_seg dd section.core_code.start
25 ;核心代码段位置#0c
26
27
28 core_entry dd start ;核心代码段入口点#10
29 dw core_code_seg_sel
有了段基址和段界限还不够，描述符还需要高32位中间那几个配置位，具体的描述符配置阶段就不过多讲述了，核心代码封装成了一个过程：make_gdt_descriptor
98 ;建立公用例程段描述符
99 mov eax,[edi+0x04] ;公用例程代码段起始汇编地址
100 mov ebx,[edi+0x08] ;核心数据段汇编地址
101 sub ebx,eax
102 dec ebx ;公用例程段界限
103 add eax,edi ;公用例程段基地址
104 mov ecx,0x00409800 ;字节粒度的代码段描述符
105 call make_gdt_descriptor
106 mov [esi+0x28],eax
107 mov [esi+0x2c],edx
108
109 ;建立核心数据段描述符
110 mov eax,[edi+0x08] ;核心数据段起始汇编地址
111 mov ebx,[edi+0x0c] ;核心代码段汇编地址
112 sub ebx,eax
113 dec ebx ;核心数据段界限
114 add eax,edi ;核心数据段基地址
115 mov ecx,0x00409200 ;字节粒度的数据段描述符
116 call make_gdt_descriptor
117 mov [esi+0x30],eax
118 mov [esi+0x34],edx
119
120 ;建立核心代码段描述符
121 mov eax,[edi+0x0c] ;核心代码段起始汇编地址
122 mov ebx,[edi+0x00] ;程序总长度
123 sub ebx,eax
124 dec ebx ;核心代码段界限
125 add eax,edi ;核心代码段基地址
126 mov ecx,0x00409800 ;字节粒度的代码段描述符
127 call make_gdt_descriptor
128 mov [esi+0x38],eax
129 mov [esi+0x3c],edx
自此新来的描述符全都装配完成，描述符表的界限就需要更新，之前的 四个，加上新来的三个，还有一个空描述符，一共八个，所以界限值为8×8-1=63
算出界限值后放入pgdt的低16bit上，然后再次使用ldgt安装新的描述符表；
130
131 mov word [0x7c00+pgdt],63 ;描述符表的界限
132
133 lgdt [0x7c00+pgdt]
最后只需要跳到内核程序的入口处去执行：
内核代码段入口点在偏移量为0x10的地方(core_entry位置)
jmp far [edi+0x10]
至此 引导扇区代码的使命就完成了