linux0.11—system模块

当前内存映像

在setup.s程序执行结束后,系统模块system被移动到物理地址0x0000开始处,而从0x90000开始处则存放了内核将会使用的一些系统基本参数,示意图如下:

image-20210902203159674

所以,在system模块中,第一个执行的是head.s程序。

head.s

主要作用

初始化中断描述符表中的一些门描述符,检查A20地址线是否已经打开,测试系统是否含有数学协处理器,然后初始化内存页目录表,为内存的分页管理做好准备,最后跳转到system模块中的初始化程序init/main.c中继续执行。

简单介绍

head.s程序在被编译生产目标文件后,与内核其他程序一起被链接成system模块,位于system模块的最开始部分。

system模块被放在磁盘上setup模块后开始的扇区中,从磁盘上第6个扇区开始放置。

从这里开始,内核就完全在保护模式下运行了。

代码解读

_startup_32:          ;// 以下5行设置各个数据段寄存器。指向gdt数据段描述符项
   mov eax,10h
   mov ds,ax
   mov es,ax
   mov fs,ax
   mov gs,ax
   lss esp,_stack_start   ;// 表示_stack_start -> ss:esp,设置系统堆栈。
                     ;// stack_start 定义在kernel/sched.c,69 行。
   call setup_idt    ;// 调用设置中断描述符表子程序,初始化idt表
   call setup_gdt    ;// 调用设置全局描述符表子程序,初始化gdt表
   mov eax,10h          ;// reload all the segment registers
   mov ds,ax        ;// after changing gdt. CS was already
   mov es,ax        ;// reloaded in 'setup_gdt'
   mov fs,ax        ;// 因为修改了gdt,所以需要重新装载所有的段寄存器。
   mov gs,ax        ;// CS 代码段寄存器已经在setup_gdt 中重新加载过了。

上述代码含义:设置ds、es、fs、gs为setup.s中构造的数据段的选择符0x10,并将堆栈放置在stack_start指向的user_stack数组区,然后使用定义的新中断描述符表和全局段描述表。

  1:	incl %eax		# check that A20 really IS enabled
	movl %eax,0x000000	# loop forever if it isn't
	cmpl %eax,0x100000
	je 1b   #1b表示向后backward跳转到标号1去。

上面几句代码用于测试A20地址线是否已经开启。

采用的方法是:向内存地址0x000000处写入任意数值,然后看内存地址0x100000(1M)处是否也是这个值,若一直相同则一直比较就会死机,表示A20地址线没有通,内核不能使用1MB以上的内存。

movl %cr0,%eax		# check math chip
andl $0x80000011,%eax	# Save PG,PE,ET
orl $2,%eax		# set MP
movl %eax,%cr0
call check_x87
jmp after_page_tables  #跳转到after_page_tables

上面的代码用于检查数学协处理器芯片是否存在(不太懂)。

setup_idt:
   lea ignore_int,%edx
   movl $0x00080000,%eax #将选择符0x0008放入eax的高16位中 
   movw %dx,%ax      /* selector = 0x0008 = cs */#偏移门的低16位放入eax的低16位中。
   movw $0x8E00,%dx   /* interrupt gate - dpl=0, present */

   lea idt,%edi   #_idt是中断描述符表的地址。
   mov $256,%ecx
rp_sidt:
   movl %eax,(%edi)
   movl %edx,4(%edi)
   addl $8,%edi
   dec %ecx
   jne rp_sidt
   lidt idt_descr
   ret

上面的代码是设置中断描述符表子程序setup_idt。

setup_gdt:
   lgdt gdt_descr #加载全局描述符表寄存器
   ret

上面的代码是设置一个全新的全局描述符表gdt,并加载。

after_page_tables:
   pushl $0      # These are the parameters to main :-)
   pushl $0
   pushl $0
   pushl $L6     # return address for main, if it decides to.
   pushl $main   #压入main函数代码的地址。
   jmp setup_paging

上面几个是入栈操作,用于为跳转到main.c中的main()函数做准备工作。

栈中内容模拟如下:

pushl

【注意】从上图中的栈来看,main函数真的退出时,就会返回到标号L6处继续执行,是死循环,系统就会死机,因此main函数是永远都不会退出的,也就是我们进入系统中看到的界面等。

入栈后,jmp到setup_paging来执行。

setup_paging:
   movl $1024*5,%ecx     /* 5 pages - pg_dir+4 page tables */
   xorl %eax,%eax
   xorl %edi,%edi       /* pg_dir is at 0x000 */
   cld;rep;stosl
   
   #下面4句设置页目录表中的项,因为内核共有4个页表所以只需设置4项,页目录项的结构与页表中项的结构一样,4个字节为1项。
   #例如“$pg0+7”表示:0x00001007,是页目录表中的第1项。
   #则第1个页表所在的地址 = 0x00001007 & 0xfffff000 = 0x1000
   #
   movl $pg0+7,pg_dir    /* set present bit/user r/w */
   movl $pg1+7,pg_dir+4      /*  --------- " " --------- */
   movl $pg2+7,pg_dir+8      /*  --------- " " --------- */
   movl $pg3+7,pg_dir+12     /*  --------- " " --------- */
   
   #下面主要填写4个页表中所有项的内容,共有:4(页表) * 1024(项/页表)=4096(项),也就是说能映射物理内存4096*4kb = 16Mb。
   #每项的内容:当前项所映射的物理内存地址+该页的标志。
   movl $pg3+4092,%edi
   movl $0xfff007,%eax       /*  16Mb - 4096 + 7 (r/w user,p) */
   std
1: stosl        /* fill pages backwards - more efficient :-) */
   subl $0x1000,%eax
   jge 1b
   
   #设置页目录表基址寄存器cr3的值,指向页目录表。cr3中保存的是页目录表的物理地址。
   xorl %eax,%eax    /* pg_dir is at 0x0000 */
   movl %eax,%cr3    /* cr3 - page directory start */
   
   #设置启动使用分页处理。
   movl %cr0,%eax
   orl $0x80000000,%eax
   movl %eax,%cr0    /* set paging (PG) bit */
   ret          /* this also flushes prefetch-queue */

这一段代码主要是对内存进行分页处理,并且设置各个页表项的内容。

在代码的末尾,使用返回指令ret,刷新预取指令队列,也就是将上图中压入栈的main程序的地址弹出,并跳转到/init/main.c程序去运行。

head.s结束的内存映像

跳转到/init/main.c程序去运行,表示head.s程序执行结束,正式完成了内存页目录和页表的设置,并重新设置了内核实际使用的中断描述符表idt和全局描述符表gdt。此时system模块在内存中的详细映像如下:

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