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,%eax
mov %ax,%ds
mov %ax,%es
mov %ax,%fs
mov %ax,%gs
lss stack_start,%esp
call setup_idt !设置中断
call setup_gdt !设置全局描述符表
movl $0x10,%eax # reload all the segment registers
mov %ax,%ds # after changing gdt. CS was already
mov %ax,%es # reloaded in 'setup_gdt'
mov %ax,%fs
mov %ax,%gs
lss 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 enabled
movl %eax,0x000000 # loop forever if it isn't
cmpl %eax,0x100000
je 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 chip
andl $0x80000011,%eax # Save PG,PE,ET
/* "orl $0x10020,%eax" here for 486 might be good */
orl $2,%eax # set MP
movl %eax,%cr0
call check_x87
jmp 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,%al
je 1f /* no coprocessor: have to set bits */
movl %cr0,%eax
xorl $6,%eax /* reset MP, set EM */
movl %eax,%cr0
ret
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 $0
pushl $0
pushl $L6 # return address for main, if it decides to.
pushl $main
jmp setup_paging
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
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 /* --------- " " --------- */
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
cld
xorl %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,%eax
movl %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 $0
pushl $0
pushl $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 $0
pushl $0
pushl $L6 # return address for main, if it decides to.
pushl $main
jmp setup_paging
setup_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,%eax
5: 8e d8 mov %eax,%ds
...
0000005a <check_x87>:
5a: db e3 fninit
5c: 9b df e0 fstsw %ax
5f: 3c 00 cmp $0x0,%al
...
00000071 <setup_idt>:
71: 8d 15 28 54 00 00 lea 0x5428,%edx
77: 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 0x54b2
a8: c3 ret
...
00001000 <pg0>:
...
00002000 <pg1>:
...
00003000 <pg2>:
...
00004000 <pg3>:
...
00005000 <tmp_floppy_area>:
...
00005400 <after_page_tables>:
5400: 6a 00 push $0x0
5402: 6a 00 push $0x0
...
00005412 <L6>:
5412: eb fe jmp 5412 <L6>
00005414 <int_msg>:
5414: 55 push %ebp
5415: 6e outsb %ds:(%esi),(%dx)
...
00005428 <ignore_int>:
5428: 50 push %eax
5429: 51 push %ecx
...
0000544e <setup_paging>:
544e: b9 00 14 00 00 mov $0x1400,%ecx
5453: 31 c0 xor %eax,%eax
5455: 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 0xb8
54b5: 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。
