linux0.11系统启动

最新推荐文章于 2025-06-19 14:31:13 发布

chen4914

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分类专栏： linux0.11 文章标签： oldlinux

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本文介绍了Linux 0.11内核启动过程，包括BIOS初始化硬件并加载bootsect.s，bootsect.s移动引导扇区、读取setup和system模块；setup.s读取系统参数、移动system模块、设置GDT和IDT等进入32位保护模式；head.s重新设置中断和全局描述符表、检测硬件、设置分页机制后运行main程序，还提及gdb调试。

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bios

初始化硬件，加载bootsect.s，第一个磁盘的512字节

bootsect.s

bootsect.s完成的工作首先是将引导扇区从内存地址0x07C00移动到0x90000处，然后读取共占四个扇区的setup模块，显示加载系统的信息，然后将system模块读入到内存地址0x10000处

setup.s

setup.s首先读取包括光标位置，扩展内存(超过1MB大小以外的物理内存)大小，显示模式，硬盘参数等系统参数，并将这些参数写入到空间地址0x90000~0x90200这512个字节的空间中，然后将system模块从地址0x10000处移动到地址0x00000处，覆盖掉了BIOS用到的数据和中断向量表，这也说明了此后Linux系统确实不再使用BIOS提供的服务了。然后加载已经提前设置好的全局描述符表GDT到GDTR寄存器，中断描述符表IDT到IDTR寄存器，开启A20地址线，重新设置两个中断控制芯片，最后设置CPU的控制寄存器CR0(也称机器状态字)，从而进入32位保护模式，并跳转到物理内存0x00000地址处执行，这里是system模块最前面的head.s程序。

setup执行后内存分布图：
系统引导及启动过程内存分布

head.s

head.s程序在被编译生成目标文件后会与内核其他程序一起被链接成system模块，位于system模块的最前面开始部分，这也就是为什么称其为头部(head)程序的原因。system模块将被放置在磁盘上setup模块之后开始的扇区中，即从磁盘上第6个扇区开始放置。一般情况下Linux 0.11内核的system模块大约有120KB左右，因此在磁盘上大约占240个扇区。
如head.s执行中的内存使用情况图所示，head.s首先重新设置中断描述符表idt，共256项，并使各个表项均指向一个只报错误的哑中断子程序ignore_int，加载idt表到idtr寄存器。然后设置全局描述符表gdt，实际上新设置的GDT表最开始的3个表项与原来在setup.s程序中设置的GDT表除了在段限长上有些区别以外(原为8MB，现为16MB)，其他内容完全一样。不同的是，setup.s中设置的GDT表是临时的，只设置了3个表项，而head.s中设置的GDT表在后面一直使用，这里除了设置最开始的3个表项外，还把其他表项全部请零，加载gdt表到gdtr寄存器。接着检测A20地址线是否真的开启，以及测试PC机是否含有数字协处理器芯片(80287,80387或其他兼容芯片)，并在控制寄存器CR0中设置相应的标志位。接着将main函数地址压栈，并设置管理内存的分页处理机制，将页目录表放在绝对物理地址0开始处(也是本程序所处的物理内存位置，因此这段程序将被覆盖掉)，紧随后面放置共可寻址16MB内存的4个页表，并分别设置它们的表项，设置好页目录表和4个页表后，开启分页机制。最后，利用返回指令将之前预先放置在栈顶的/init/main.c程序的入口地址弹出，去运行*main()*程序。

注意：32位启动代码是从绝对地址 0x00000000 开始的，这里也是也目录将存在的地方，因此这里的启动代码将被也目录完整覆盖掉，head.s执行过程中内存分配如下：

在这里插入图片描述

寻址方式区别
实模式：
寻址方式为：

segment<<4+offset

保护模式：
段寄存器是选择子，结构如下

15                          3 2 1     0
+----------------------------+--+--+--+
|        描述符索引           |TI| RPL |		段寄存器/选择子
+----------------------------+--+--+--+

RPL(Requestor’s Privilege Level)，请求者特权级
TI(Table Indicator)，表指示器，用于指定选择符所引用的描述符表。TI=0，指定GDT表；TI=1，指定当前的LDT表
描述符索引用于选择指定描述符表中的其中一个。处理器将该索引值乘上8，并加上描述符表的基地址即可访问表中指定的段描述符。

段描述符放在描述符表(gdt)中。每一个段描述符占8个字节。
下面是代码段描述符的字节分布：

   63          54 53 52 51 50       48 47 46  44  43    40 39             32
   +-------------+--+--+--+--+--------+--+----+--+--------+----------------+
   | BaseAddress |G |B |0 |A |Segment |P | D  |S |  TYPE  | BaseAddress    | 
   |   31...24   |  |  |  |V | Limit  |  | P  |  |        |   23...16      |
   |             |  |  |  |L | 19...16|  | L  |1 | 1|C|R|A|                |
   +-------------+--+--+--+--+--------+--+----+--+--------+----------------+
   31                               17 16                                  0
   +----------------------------------+------------------------------------+
   |            BaseAddress           |                Segment             |                 
   |             15...0               |                 Limit              |
   |                                  |                 15...0             |
   +----------------------------------+------------------------------------+

段式寻址过程图
虚拟基址经过段式寻址方式转化为线性地址，转换过程如下：
在这里插入图片描述