Linux 引导启动程序（boot）

主要描述boot/目录中的三个汇编代码文件，见列表3-1所示。正如在前一章中提到的，这三个文件虽然都是汇编程序，但却使用了两种语法格式。bootsect.s和setup.s采用近似于Intel的汇编语言语法，需要使用Intel8086汇编编译器和连接器as86和ld86，而head.s则使用GNU的汇编程序格式，并且运行在保护模式下，需要用GNU的as进行编译。这是一种AT&T语法的汇编语言程序。

使用两种编译器的主要原因是由于对于Intelx86处理器系列来讲，GNU的编译器仅支持i386及以后出的CPU。不支持生成运行在实模式下的程序。

阅读这些代码除了你需要知道一些一般8086汇编语言的知识以外，还要对采用Intel80X86微处理器的PC机的体系结构以及80386 32位保护模式下的编程原理有些了解。所以在开始阅读源代码之前可以先大概浏览一下附录中有关PC机硬件接口控制编程和80386 32位保护模式的编程方法，在阅读代码时再就事论事地针对具体问题参考附录中的详细说明。

这里先总的说明一下Linux操作系统启动部分的主要执行流程。当PC的电源打开后，80x86结构的CPU将自动进入实模式，并从地址0xFFFF0开始自动执行程序代码，这个地址通常是ROM-BIOS中的地址。PC机的BIOS将执行某些系统的检测，并在物理地址0处开始初始化中断向量。此后，它将可启动设备的第一个扇区（磁盘引导扇区，512字节）读入内存绝对地址0x7C00处，并跳转到这个地方。启动设备通常是软驱或是硬盘。这里的叙述是非常简单的，但这已经足够理解内核初始化的工作过程了。

Linux的最最前面部分是用8086汇编语言编写的(boot/bootsect.s)，它将由BIOS读入到内存绝对地址0x7C00(31KB)处，当它被执行时就会把自己移到绝对地址0x90000(576KB)处，并把启动设备中后2kB字节代码(boot/setup.s)读入到内存0x90200处，而内核的其它部分（system模块）则被读入到从地址0x10000开始处，因为当时system模块的长度不会超过0x80000字节大小（即512KB），所以它不会覆盖在0x90000处开始的bootsect和setup模块。后面setup程序将会把system模块移动到内存起始处，这样system模块中代码的地址也即等于实际的物理地址，便于对内核代码和数据的操作。图3-1清晰地显示出Linux系统启动时这几个程序或模块在内存中的动态位置。其中，每一竖条框代表某一时刻内存中各程序的映像位置图。在系统加载期间将显示信息"Loading..."。然后控制权将传递给boot/setup.s中的代码，这是另一个实模式汇编语言程序。

启动部分识别主机的某些特性以及vga卡的类型。如果需要，它会要求用户为控制台选择显示模式。然后将整个系统从地址0x10000移至0x0000处，进入保护模式并跳转至系统的余下部分（在0x0000处）。此时所有32位运行方式的设置启动被完成: IDT、GDT以及LDT被加载，处理器和协处理器也已确认，分页工作也设置好了；最终调用init/main.c中的main()程序。上述操作的源代码是在boot/head.S中的，这可能是整个内核中最有诀窍的代码了。注意如果在前述任何一步中出了错，计算机就会死锁。在操作系统还没有完全运转之前是处理不了出错的。

为什么不把系统模块直接加载到物理地址0x0000开始处而要在setup程序中再进行移动呢？这是因为在setup程序代码开始部分还需要利用ROM BIOS中的中断调用来获取机器的一些参数（例如显示卡模式、硬盘参数表等）。当BIOS初始化时会在物理内存开始处放置一个大小为0x400字节(1Kb)的中断向量表，因此需要在使用完BIOS的中断调用后才能将这个区域覆盖掉。