JOS学习笔记（二）

接上篇，文件跳转到了entry.S里面，这是kernel的入口。首先面临这么一个问题，kernel被加载到了什么地方？

回想上篇elf文件的加载机制，以及objdump里打印出的kernel信息，可以看到，kernel的代码段（text段）被加载到了0x100000的位置，也就是1m的位置，所以内存布局如下：

+------------------+  <- 0xFFFFFFFF (4GB)
|      32-bit      |
|  memory mapped   |
|     devices      |
|                  |
/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\

/\/\/\/\/\/\/\/\/\/\
|                  |
|      Unused      |
|                  |
+------------------+  <- depends on amount of RAM
|                  |
|                  |
| Extended Memory  |
|------------------|
|       kernnel    |
+------------------+  <- 0x00100000 (1MB)
|     BIOS ROM     |
+------------------+  <- 0x000F0000 (960KB)
|  16-bit devices, |
|  expansion ROMs  |
+------------------+  <- 0x000C0000 (768KB)
|   VGA Display    |
+------------------+  <- 0x000A0000 (640KB)
|                  |
|    Low Memory    |
|------------------|  <-0x00010000 (elf herader here!)

|------------------|  <-0x00007c00   (boot loader here!)

|  bootmain stack  |
+------------------+  <- 0x00000000

 

值得注意的是kernel的VMA地址为0xf0100000，也就是内核“认为”自己是在一个高位内存里执行的，因此其中的符号，包括函数名、汇编里定义的符号，都会指向一个高位的地址（大于0xf0000000)的地址，所以到目前为止在entry.S里，只要调用任何和“符号”相关的操作，比如jmp指令等，均会出错，因为高位地址连是否存在都不知道，更不用说里面是否有内容了（qemu默认是256m内存吧？）。

因此，为了使代码正常工作，需要对内存地址进行一定的映射。

上篇文章也分析了，JOS开启的8086分段机制实际上只是一个幌子，根本没有对空间进行任何的映射，所以进行映射的工作一定要由分页机制来完成。但是为了使开启分页之前的代码能正常工作，在entry.S里面定义了宏reloc。这个宏就是将一个地址减去一个kernelbase，kernelbase定义在memlayout里面，可以看到是0xf0000000，就目前来说，任何一个高位地址减去此值，就能得到实际在物理内存中的地址了。

在定义了此宏之后，entry.S首先对entry符号和pgdir符号（也就是页表目录）地址做了重定向， 接着通过更改cr3寄存器里的某些位，开启分页内存转换。

我们跟一下pgdir里的内容，也就是entrypgdir.c里的内容，发现对于内存做了两块映射，首先是将虚拟内存的0--4M映射到物理内存的0--4M，其次是将从0xf000000之后的4M映射到物理内存的0--4M。前者的映射是为了保证低于4M的物理地址还能正确的访问（开启分页后所有的内存地址均会做变换，即使你不想让它变换），后面的映射是为了kernel能正常的工作。

关于页目录、页表不再详细说明，毕竟这是LAB2的主要内容。

之后从低地址跳转到高地址relocate处，然后初始化内核调用堆栈（调用函数都需要堆栈，所以在进入kernel的c语言代码前需要先给它初始化好堆栈，突然觉得在做用户态编程的时候不要考虑这些内存分布、栈啥的实在是太幸福了），之后就跳转到i386_init，转入c语言代码了。

为什么要从低地址跳转到relocate处？个人认为只是想验证之前开启的分页机制、加载的页表是否有错误而已，如果不跳转，直接执行貌似也可，反正call i386_init得时候也就跳转到高地址了。

另外不要被memlayout.h里面的那个内存分布所迷惑。目前进入操作系统后的调用栈位于代码的data段（就在entry.S文件的下面定义），而从objdump取得的信息来看，这个data段是加载到了物理内存的0x0010800，大概在内核代码段上面一点，虚拟内存的位置为0xf010800，也在内核代码段上面的位置，memlayout.h给的貌似是lab2以及以后的虚拟内存分布方式。

之后就跳转到c代码执行，一切都变的简单起来了。