《深入理解Linux内核3rd》学习笔记——初始化临时页表

　　初始化临时页表的工作由startup_32函数完成，本文要讲的startup_32函数定义在arch/i386/kernel/head.S文件中。其代码如下（解析请见注释）。

  1  ENTRY(startup_32)
  2 
  3  /*
  4   * Set segments to known values.
  5    */
  6      cld
  7      lgdt boot_gdt_descr  -  __PAGE_OFFSET
  8      movl $(__BOOT_DS), % eax
  9      movl  % eax, % ds
 10      movl  % eax, % es
 11      movl  % eax, % fs
 12      movl  % eax, % gs
 13 
 14  /*
 15   * Clear BSS first so that there are no surprises...
 16   * No need to cld as DF is already clear from cld above...
 17    */
 18      xorl  % eax, % eax
 19      movl $__bss_start  -  __PAGE_OFFSET, % edi
 20      movl $__bss_stop  -  __PAGE_OFFSET, % ecx
 21      subl  % edi, % ecx
 22      shrl $ 2 , % ecx
 23      rep ; stosl
 24 
 25  /*
 26   * Initialize page tables.  This creates a PDE and a set of page
 27   * tables, which are located immediately beyond _end.  The variable
 28   * init_pg_tables_end is set up to point to the first "safe" location.
 29   * Mappings are created both at virtual address 0 (identity mapping)
 30   * and PAGE_OFFSET for up to _end+sizeof(page tables)+INIT_MAP_BEYOND_END.
 31   *
 32   * Warning: don't use %esi or the stack in this code.  However, %esp
 33   * can be used as a GPR if you really need it...
 34    */
 35  page_pde_offset  =  (__PAGE_OFFSET  >>   20 );         /*  __PAGE_OFFSET是0xc0000000，page_pde_offset = 3072 = 0xc00，是页目录中的偏移  */
 36 
 37      movl $(pg0  -  __PAGE_OFFSET),  % edi         /*  将pg0对应的物理地址送到edi  */
 38      movl $(swapper_pg_dir  -  __PAGE_OFFSET),  % edx     /*  将swapper_pg_dir（存放临时页全局目录的地址）送到edx  */
 39      movl $ 0x007 ,  % eax             /*  0x007 = PRESENT+RW+USER  */
 40  10 :
 41      leal  0x007 ( % edi), % ecx         /*  Create PDE entry —— 构造一个页目录项（地址+标志位），把edi指向的物理地址加上0x007放入ecx中  */
 42      movl  % ecx,( % edx)         /*  第一次循环时把ecx中的内容放入swapper_pg_dir的第0项里，第二次循环时把ecx中的内容放入swapper_pg_dir的第1项里  */
 43      movl  % ecx,page_pde_offset( % edx)     /*  Store kernel PDE entry  */
 44      addl $ 4 , % edx     /*  edx加上一个页目录项长度（4字节），指向页全局目录的下一个页目录项地址  */
 45      movl $ 1024 ,  % ecx     /*  初始化1024个页目录项，设置计数器  */
 46  11 :
 47      stosl         /*  eax -> [edi]; edi = edi + 4  */
 48      addl $ 0x1000 , % eax     /*  更改eax的值，为下次stosl作准备  */
 49      loop 11b         /*  循环操作，其实就是初始化1024个页表项  */
 50       /*  End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END  */
 51       /*  bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits  */
 52      leal (INIT_MAP_BEYOND_END + 0x007 )( % edi), % ebp     /*  ebp = edi指向的物理地址 + INIT_MAP_BEYOND_END（128K）+ 0x007  */
 53      cmpl  % ebp, % eax     /*  比较ebp与eax  */
 54      jb 10b         /*  如果eax < ebp，则跳到上面10的地方  */
 55      movl  % edi,(init_pg_tables_end  -  __PAGE_OFFSET)     /*  此时的edi中存放pg0+0x2000，将此值存入init_pg_tables_end中，表示页表初始化结束  */
 56 
 57  #ifdef CONFIG_SMP
 58      xorl  % ebx, % ebx                 /*  This is the boot CPU (BSP)  */
 59      jmp 3f
 60 
 61  /*
 62   * Non-boot CPU entry point; entered from trampoline.S
 63   * We can't lgdt here, because lgdt itself uses a data segment, but
 64   * we know the trampoline has already loaded the boot_gdt_table GDT
 65   * for us.
 66    */
 67  ENTRY(startup_32_smp)
 68      cld
 69      movl $(__BOOT_DS), % eax
 70      movl  % eax, % ds
 71      movl  % eax, % es
 72      movl  % eax, % fs
 73      movl  % eax, % gs
 74 
 75  /*
 76   *    New page tables may be in 4Mbyte page mode and may
 77   *    be using the global pages. 
 78   *
 79   *    NOTE! If we are on a 486 we may have no cr4 at all!
 80   *    So we do not try to touch it unless we really have
 81   *    some bits in it to set.  This won't work if the BSP
 82   *    implements cr4 but this AP does not -- very unlikely
 83   *    but be warned!  The same applies to the pse feature
 84   *    if not equally supported. --macro
 85   *
 86   *    NOTE! We have to correct for the fact that we're
 87   *    not yet offset PAGE_OFFSET..
 88    */
 89  #define  cr4_bits mmu_cr4_features-__PAGE_OFFSET
 90      movl cr4_bits, % edx
 91      andl  % edx, % edx
 92      jz 6f
 93      movl  % cr4, % eax        # Turn on paging options (PSE,PAE,..)
 94      orl  % edx, % eax
 95      movl  % eax, % cr4
 96 
 97      btl $ 5 ,  % eax        # check  if  PAE  is  enabled
 98      jnc 6f
 99 
100       /*  Check if extended functions are implemented  */
101      movl $ 0x80000000 ,  % eax
102      cpuid
103      cmpl $ 0x80000000 ,  % eax
104      jbe 6f
105      mov $ 0x80000001 ,  % eax
106      cpuid
107       /*  Execute Disable bit supported?  */
108      btl $ 20 ,  % edx
109      jnc 6f
110 
111       /*  Setup EFER (Extended Feature Enable Register)  */
112      movl $ 0xc0000080 ,  % ecx
113      rdmsr
114 
115      btsl $ 11 ,  % eax
116       /*  Make changes effective  */
117      wrmsr
118 
119  6 :
120       /*  This is a secondary processor (AP)  */
121      xorl  % ebx, % ebx
122      incl  % ebx
123 
124  3 :
125  #endif  /* CONFIG_SMP */
126 
127  /*
128   * Enable paging
129    */
130      movl $swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET, % eax
131      movl  % eax, % cr3         /*  set the page table pointer.. ——将页全局目录的地址送入cr3寄存器中  */
132      movl  % cr0, % eax
133      orl $ 0x80000000 , % eax     /*  设置PG位  */
134      movl  % eax, % cr0         /*  ..and set paging (PG) bit  */
135      ljmp $__BOOT_CS,$1f     /*  Clear prefetch and normalize %eip  */
136  1 :
137       /*  Set up the stack pointer  */
138      lss stack_start, % esp         /*  建立内核堆栈  */
139 
140  /*
141   * Initialize eflags.  Some BIOS's leave bits like NT set.  This would
142   * confuse the debugger if this code is traced.
143   * XXX - best to initialize before switching to protected mode.
144    */
145       /*  将eflags寄存器清零  */
146      pushl $ 0
147      popfl
148 
149  #ifdef CONFIG_SMP
150      andl  % ebx, % ebx
151      jz  1f                 /*  Initial CPU cleans BSS  */
152      jmp checkCPUtype
153  1 :
154  #endif  /* CONFIG_SMP */
155 
156  /*
157   * start system 32-bit setup. We need to re-do some of the things done
158   * in 16-bit mode for the "real" operations.
159    */
160      call setup_idt     /*  设置中断描述附表  */
161 
162  /*
163   * Copy bootup parameters out of the way.
164   * Note: %esi still has the pointer to the real-mode data.
165    */
166      movl $boot_params, % edi
167      movl $(PARAM_SIZE / 4 ), % ecx
168      cld
169      rep
170      movsl
171      movl boot_params + NEW_CL_POINTER, % esi
172      andl  % esi, % esi
173      jnz 2f            # New command line protocol
174      cmpw $(OLD_CL_MAGIC),OLD_CL_MAGIC_ADDR
175      jne 1f
176      movzwl OLD_CL_OFFSET, % esi
177      addl $(OLD_CL_BASE_ADDR), % esi
178  2 :
179      movl $saved_command_line, % edi
180      movl $(COMMAND_LINE_SIZE / 4 ), % ecx
181      rep
182      movsl
183  1 :
184  checkCPUtype:
185 
186      movl $ - 1 ,X86_CPUID        #   - 1   for  no CPUID initially
187 
188  /*  check if it is 486 or 386.  */
189  /*
190   * XXX - this does a lot of unnecessary setup.  Alignment checks don't
191   * apply at our cpl of 0 and the stack ought to be aligned already, and
192   * we don't need to preserve eflags.
193    */
194 
195      movb $ 3 ,X86        # at least  386
196      pushfl            # push EFLAGS
197      popl  % eax        #  get  EFLAGS
198      movl  % eax, % ecx        # save original EFLAGS
199      xorl $ 0x240000 , % eax    # flip AC and ID bits  in  EFLAGS
200      pushl  % eax        # copy to EFLAGS
201      popfl            #  set  EFLAGS
202      pushfl            #  get   new  EFLAGS
203      popl  % eax        # put it  in  eax
204      xorl  % ecx, % eax        # change  in  flags
205      pushl  % ecx        # restore original EFLAGS
206      popfl
207      testl $ 0x40000 , % eax    # check  if  AC bit changed
208      je is386
209 
210      movb $ 4 ,X86        # at least  486
211      testl $ 0x200000 , % eax    # check  if  ID bit changed
212      je is486
213 
214       /*  get vendor info  */
215      xorl  % eax, % eax            # call CPUID with  0   ->   return  vendor ID
216      cpuid
217      movl  % eax,X86_CPUID        # save CPUID level
218      movl  % ebx,X86_VENDOR_ID        # lo  4  chars
219      movl  % edx,X86_VENDOR_ID + 4     # next  4  chars
220      movl  % ecx,X86_VENDOR_ID + 8     # last  4  chars
221 
222      orl  % eax, % eax            #  do  we have processor info  as  well ?
223      je is486
224 
225      movl $ 1 , % eax        # Use the CPUID instruction to  get  CPU type
226      cpuid
227      movb  % al, % cl        # save reg  for  future use
228      andb $ 0x0f , % ah        # mask processor family
229      movb  % ah,X86
230      andb $ 0xf0 , % al        # mask model
231      shrb $ 4 , % al
232      movb  % al,X86_MODEL
233      andb $ 0x0f , % cl        # mask mask revision
234      movb  % cl,X86_MASK
235      movl  % edx,X86_CAPABILITY
236 
237  is486:    movl $ 0x50022 , % ecx    #  set  AM, WP, NE and MP
238      jmp 2f
239 
240  is386:    movl $ 2 , % ecx        #  set  MP
241  2 :    movl  % cr0, % eax
242      andl $ 0x80000011 , % eax    # Save PG,PE,ET
243      orl  % ecx, % eax
244      movl  % eax, % cr0
245 
246      call check_x87
247      incb ready
248      lgdt cpu_gdt_descr
249      lidt idt_descr
250      ljmp $(__KERNEL_CS),$1f
251  1 :    movl $(__KERNEL_DS), % eax    # reload all the segment registers
252      movl  % eax, % ss            # after changing gdt.
253 
254      movl $(__USER_DS), % eax        # DS / ES contains  default  USER segment
255      movl  % eax, % ds
256      movl  % eax, % es
257 
258      xorl  % eax, % eax            # Clear FS / GS and LDT
259      movl  % eax, % fs
260      movl  % eax, % gs
261      lldt  % ax
262      cld            # gcc2 wants the direction flag cleared at all times
263  #ifdef CONFIG_SMP
264      movb ready,  % cl    
265      cmpb $ 1 , % cl
266      je 1f            # the first CPU calls start_kernel
267                  # all other CPUs call initialize_secondary
268      call initialize_secondary
269      jmp L6
270  1 :
271  #endif  /* CONFIG_SMP */
272      call start_kernel         /*  调用start_kernel函数  */
273  L6:
274      jmp L6            # main should never  return  here, but
275                  # just  in   case , we know what happens.