Linux-0.11 boot目录head.s详解

模块简介

在head.s中，操作系统主要做了如下几件事：

• 重新设置中断描述符和全局描述符
• 检查A20地址线是否开启
• 检查数学协处理器
• 初始化页表并开启分页
• 跳转到main函数执行

过程详解

重新设置IDT和GDT

在setup.s中我们已经设置过了IDT和GDT， 为什么还要再设置一遍？

因为setup.s中设置的IDT和GDT后面会被覆盖，因此在head.S中会重新设置一遍。

startup_32:movl $0x10,%eaxmov %ax,%dsmov %ax,%esmov %ax,%fsmov %ax,%gslss stack_start,%espcall setup_idt     !设置中断call setup_gdt     !设置全局描述符表movl $0x10,%eax		# reload all the segment registersmov %ax,%ds		# after changing gdt. CS was alreadymov %ax,%es		# reloaded in 'setup_gdt'mov %ax,%fsmov %ax,%gslss stack_start,%esp

中断门描述符的格式如下所示:

检查A20地址线是否开启

下面用于检测A20地址线是否已经开启。

	xorl %eax,%eax
1:	incl %eax		# check that A20 really IS enabledmovl %eax,0x000000	# loop forever if it isn'tcmpl %eax,0x100000je 1b

检查数学协处理器

下面用于检查数学协处理器芯片是否存在

	movl %cr0,%eax		# check math chipandl $0x80000011,%eax	# Save PG,PE,ET
/* "orl $0x10020,%eax" here for 486 might be good */orl $2,%eax		# set MPmovl %eax,%cr0call check_x87jmp after_page_tables/** We depend on ET to be correct. This checks for 287/387.*/
check_x87:fninit     !向协处理发出初始化命令fstsw %ax  !取协处理器状态字到ax寄存器中cmpb $0,%alje 1f			/* no coprocessor: have to set bits */movl %cr0,%eaxxorl $6,%eax		/* reset MP, set EM */movl %eax,%cr0ret

初始化页表并开启分页

下面这里将进行页表的安装，安装的过程参考下面这张图：

after_page_tables:pushl $0		# These are the parameters to main :-)pushl $0pushl $0pushl $L6		# return address for main, if it decides to.pushl $mainjmp setup_pagingsetup_paging:movl $1024*5,%ecx		/* 5 pages - pg_dir+4 page tables */xorl %eax,%eaxxorl %edi,%edi			/* pg_dir is at 0x000 */cld;rep;stoslmovl $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		/*  --------- " " --------- */movl $pg3+4092,%edimovl $0xfff007,%eax		/*  16Mb - 4096 + 7 (r/w user,p) */std
1:	stosl			/* fill pages backwards - more efficient :-) */subl $0x1000,%eaxjge 1bcldxorl %eax,%eax		 !设置页目录表基址寄存器cr3的值movl %eax,%cr3		movl %cr0,%eax       !设置启动使用分页处理orl $0x80000000,%eaxmovl %eax,%cr0		/* set paging (PG) bit */ret			/* this also flushes prefetch-queue */

跳转到main函数执行

在setup_paging执行完毕之后，会通过ret返回，ret指令会将栈顶的内容弹出到PC指针中去执行。此时esp指向的位置存放的是main函数的地址。因此接下来会执行main函数。

注意到在将main入栈时，还一同入栈了一些其他参数

	pushl $0		# These are the parameters to main :-)pushl $0pushl $0pushl $L6

这里就需要回顾一下c语言的调用规约，如下图所示：

因此这里可以得到L6是main函数的返回值。立即数0，0，0将会被作为main函数的入参。

接下来再看下面的代码就很清晰了，实际就是在建立好页表的映射关系后，就开始跳转到main函数去执行了(init/main.c)。

after_page_tables:pushl $0		# These are the parameters to main :-)pushl $0pushl $0pushl $L6		# return address for main, if it decides to.pushl $mainjmp setup_pagingsetup_paging:...ret

Q & A

setup_paging在建立页表时会将head.s的部分代码覆盖，怎么保证不会把正在执行的代码覆盖？

可以通过反汇编查看一下system模块的内存分布

objdump -d tools/system

如下所示：

00000000 <pg_dir>:0:	b8 10 00 00 00       	mov    $0x10,%eax5:	8e d8                	mov    %eax,%ds...
0000005a <check_x87>:5a:	db e3                	fninit 5c:	9b df e0             	fstsw  %ax5f:	3c 00                	cmp    $0x0,%al...
00000071 <setup_idt>:71:	8d 15 28 54 00 00    	lea    0x5428,%edx77:	b8 00 00 08 00       	mov    $0x80000,%eax...
0000008e <rp_sidt>:8e:	89 07                	mov    %eax,(%edi)90:	89 57 04             	mov    %edx,0x4(%edi)...
000000a1 <setup_gdt>:a1:	0f 01 15 b2 54 00 00 	lgdtl  0x54b2a8:	c3                   	ret    ...
00001000 <pg0>:...00002000 <pg1>:...00003000 <pg2>:...00004000 <pg3>:...
00005000 <tmp_floppy_area>:...
00005400 <after_page_tables>:5400:	6a 00                	push   $0x05402:	6a 00                	push   $0x0...
00005412 <L6>:5412:	eb fe                	jmp    5412 <L6>
00005414 <int_msg>:5414:	55                   	push   %ebp5415:	6e                   	outsb  %ds:(%esi),(%dx)...
00005428 <ignore_int>:5428:	50                   	push   %eax5429:	51                   	push   %ecx...
0000544e <setup_paging>:544e:	b9 00 14 00 00       	mov    $0x1400,%ecx5453:	31 c0                	xor    %eax,%eax5455:	31 ff                	xor  ...
000054aa <idt_descr>:54aa:	ff 07                	incl   (%edi)54ac:	b8 54 00 00 00       	mov    $0x54,%eax...000054b2 <gdt_descr>:54b2:	ff 07                	incl   (%edi)54b4:	b8                   	.byte 0xb854b5:	5c                   	pop    %esp...000054b8 <idt>:...00005cb8 <gdt>:...5cc0:	ff 0f                	decl   (%edi)

可以看到代码标号setup_page的起始地址是0000544e，而内存页表和页目录表的地址范围是0x0000-0x5000。因此当程序执行到setup_page时，将建立页目录表和页表， 这将会覆盖0x0000-0x5000的部分代码，即pg_dir，check_x87，setup_idt，rp_sidt，setup_gdt， 并不会覆盖到setup_page的代码，head.s在代码的分布计算上确实是费了一番功夫。

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