理解linux0.11加载过程

阅读linux0.11源码Boot部分很多次了，每次看着看着就晕了，主要是因为对X86芯片和汇编不熟悉;虽然赵炯博士的<<Linux内核完全注释>>讲的非常详细，网上资料也很多，但毕竟不是自己的东西，只有用自己的思维理解了才会记忆深刻。我就试着用自己的思路，也小结一下。

0. 加载步骤: Bois->bootsect.s->setup.s->（head.s->main.c）。（head.s->main.c合为system模块）
1. PC加电，80x86CPU处于实模式,从CS:IP＝FFFF:0000处开始执行指令(CPU在上电或者复位时总是执行物理地址0xFFFF0处的代码)。
0xFFFF0地址是Bois的默认地址。Bios进入硬件自检（内存、硬盘、显卡...）
Bios最后将磁盘的第一个扇区（512字节的bootsect.s）读入内存绝对地址0x7C00处，并跳到这个地方去执行。

2. bootsect.s执行过程:
  1).将自己移动到内存绝对地址0x90000开始处并继续执行;
  2).将磁盘第2个扇区开始的4个扇区的setup.s模块（setup.s编译成）加载到内存0x90200（bootsect.s后面）;        
  3).然后利用BIOS中断0x13取磁盘参数表中当前启动引导盘的参数，屏幕上显示“Loading system…”字符串;
  4).将system模块加载到内存0x10000。（0x10000~0x8ffff）;
  5).确定根文件系统的设备号; 并保存其设备号于root_dev（引导块的508地址处）;
  6).跳转到setup.s程序的开始处（0x90200）执行setup.s程序。
     
3. setup.s是一个操作系统加载程序，它的主要过程是：
  1).使用BIOS中断来获得相关系统信息：内存大小，硬盘分区信息，显示卡信息（这些信息都保存在bios,把这些信息读出来放到内存），并将这些数据保存到0x90000开始的位置（覆盖掉了bootsect.s程序所在的地方）;
  2).将head.s代码拷贝到内存地址为0X0000的地方;
  3).加载idt表和gdt表地址;
  4).开启A20地址线，只有开启它了才能访问高于1M地址的内存;
  5).重新设定中断控制器。这之后以前的BIOS中断号就没用了;
  6).置位CR0寄存器的最后一位进入保护模式， 然后跳转到地址0x0000处开始执行，也就是head.s的起始代码处。
 
4. head.s过程
 1：将堆栈设定在static_stack处，堆栈大小为1KB;
 2：重新设定设定IDT(此时全部IDT的都设置为ignore_int，即仍然忽略中断)和GDT;
    GDT中为内核代码、数据段，所有进程的LDT和任务状态段（TSS）;
 3：设定分页（目录项和页表）;
    页目录最大为0x0000~0xffff，目录项为页表描述符（每个页表描述符占4个字节），所以最多有4096/4个页表
 页表有4个，每个页表有1024项，每项占4个页地址，可对应物理地址4*1024*4 = 16M
    (这里的设置GDT和分页是内存分配的基础，将在后续的学习中进行详细总结)
 
5. 开始执行init/main.c中的main函数。
   ......

系统加载起来后，物理内存布局（从0到16M）

页目录 4K

页表1 4K

页表2 4K

页表3 4K

页表4 4K

软盘缓冲区 1K

head.s后半部分代码

IDT表 2K

GDT表 2K

main.o代码部分

内核其余部分 大约512K

setup保存的系统参数 (90000H~900200)

BIOS (640K-1M)

主内存区 (1M-16M)

 

这里借用<<Linux内核完全注释>>书中的图描述boot内部启动搬迁过程:

有一些疑问，先自我圆了答案吧，等后续理解深入后如有问题再更正。
1.为什么bios将bootsect.s读到0x7c00，而不是从0x0000依次加载开始呢？
  在加载bootsect.s之前，bios从0地址开始加载了中断向量表，为了不覆盖中断向量表，从0x7c00开始。
 
2.为什么bootsect.s将自己移动到内存绝对地址0x90000开始处并继续执行？
  为存放system模块预留空间（0x10000~0x8ffff）？
  
3.为什么bootsect.s将system模块加载到内存0x10000后，setup.s又将将head.s代码从0x10000拷贝到内存地址为0X0000的地方。
  bootsect.s将system模块加载到内存0x10000时，位于0x7c00的bootsect.s还有用(没执行完);
  setup.s又将将head.s代码从0x10000拷贝到内存地址为0X0000的地方，此时此刻，位于0x7c00的bootsect.s已经执行完毕，0x7c00以下的bios中断向量表也不再需要（后面的代码都不再调用bios中断），可以覆盖掉。
  至于加载到0x0000的好处是对于其中的代码，线形地址和物理地址是一样的，写程序、理解更方便。