1.打开电源

（1）x86 PC开机时CPU处于实模式，实模式的寻址方式是CS:IP (CS左移4位+IP)

（2）开机时段寄存器CS=0xFFFF，偏移量IP=0x0000，段寄存器左移4位加上偏移量是实际地址，也就是寻址地址为0xFFFF0 (ROM BIOS映射区)

（3）检查RAM，键盘，显示器，磁盘

（4）将0磁道0扇区512个字节读入0x7c00处（操作系统的引导扇区）

（5）设置cs=0x7c0，ip=0x0000

 2.引导扇区代码bootsect.s

实验bootsect.s代码

（1）将bootsect从0x7c00处移动到0x90000处

（2）将setup读入到0x90200处

（3）将system读入0x91000处

（4）将PC移动到0x90200处，bootsect结束

1. 移动bootsect.s。读取0x7c00处的内存，首先设置源地址和目标地址，并且将0x7c00内存处的256个字（512字节）移动到了0x90000

start:
　　mov ax, #BOOTSEG mov ds, ax ! 将 ds 段寄存器设置为0x07C0（16位汇编，后面的放入前面）
　　mov ax, #INITSEG mov es, ax ! 将 es 段寄存器设置为0x9000
　　sub si, si　　　　　　　　　　 ! 源地址   ds:si 0x7c00
　　sub di, di　　　　　　　　　　 ! 目标地址 es:di 0x90000
　　mov cx, #256　　　　　　　　　 ! 设置移动计数值256字（512字节）
　　rep movw 　　　　　　　　　　　 ! 重复移动直到cx为0，将bootsect移动到了0x90000处
　　jmpi go, INITSEG            ! 跳转到0x9000:go处，将设置es、ss、sp都为0x9000（相当于是初始化）

2. 0x13读磁盘中断，读取setup代码。在磁盘第2个扇区开始，读取4个扇区的内容，并将这4个扇区的内容写入到0x90200内存处。因为bootsect占用512字节，所以需要写在0x90000的512个字节之后，16位表示就是在0x90200处写入。

go: mov ax, cs                ! 0x9000
    ! 将ds、es、ss都置成移动后代码所在段处0x9000、栈顶地址设置为0x9fff00，来远离代码位置
    mov ds, ax    mov es, ax    mov ss, ax    mov sp, #0xFF00 
load_setup:        
    // 载入setup模块, 从磁盘第2个扇区开始读4个扇区, 写入0x90200处
    mov dx, #0x0000          ! 数据寄存器
    mov cx, #0x0002          ! 计数寄存器 ch:cx高8位, 0x00(柱面号0); cl:低8位, 0x02(开始扇区为2)
    mov bx, #0x0200          ! 基址寄存器 写到es:bx 0x90200处
    mov ax, #0x0200+SETUPLEN ! 累加器 ah: ax高8位, 0x20(读磁盘); al:ax低8位, 0x04(读取4个扇区)
    int 0x13               ! BIOS读磁盘扇区中断
    jnc ok_load_setup      ! 跳转指令, CF=0则跳转。如果没有读错，则跳转到加载setup执行；如果读错，则复位驱动器重新读。
    mov dx, #0x0000        ! 对驱动器0进行操作
    mov ax, # 0x0000  ! 复位
    int 0x13          ! 执行0x13中断（BIOS读磁盘扇区的中断）    
    j    load_setup   ! 重读

 3. 0x10显示字符中断，显示字符在显示器上。ok_load_setup，显示欢迎页面，调用read_it读入system，最后将控制权交接给setup模块，也就是将PC移动到0x90200处，开始执行setup。bootsect正式结束。

ok_load_setup:    ! 载入setup，显示开机文字，读取system
    ! 读取setup，显示开机文字
    mov dl, #0x00    mov ax, #0x0800        ! ah=8，获得磁盘驱动器的参数
    int 0x13         mov    ch, #0x00   mov sectors, cx
    mov ah, #0x03    xor bh, bh         int 0x00 ! 读光标
    mov cx, #24      mov bx, #0x0007    ! 7是显示属性
    mov bp, #msg1    mov ax, #1301      int 0x10 !显示字符
    ! 读取system模块到0x10000处
    mov ax, #SYSSEG        ! SYSSEG=0X1000
    mov es, ax
    call read_it          ! 读入system
    jmpi 0, SETUPSEG      ! 转入0x9020:0X0000执行setup.s

 3.引导扇区代码setup.s

实验setup.s代码

读取硬件参数，将操作系统移动到0地址处，进入保护模式，初始化一个很简单的gdt表，跳转到system模块

1. setup主要任务是读取硬件参数，初始化一个数据结构来管理这些硬件设备，并移动操作系统到内存0地址处。其中0x15中断是读取扩展内存大小（Intel原先内存只有1m，我们把1m以外的内存称为扩展内存）放在ax寄存器里，之后放到内存0x90002处。接下来do_move将0x90000处开始的数据移动到内存绝对地址0x00000处。

! 取光标位置，包括其他硬件参数，放到0x90000处
start : mov ax, #INITSEG    mov ds, ax    mov ah, #0x03
        xor bh, bh          int 0x10      mov [0], dx　　　　　! 光标位置设置为0x90000
        mov ah, #0x88       int 0x15      mov [2], ax ...    ! 读取扩展内存的大小(1m以外的内存称为扩展内存), 放在0x90002处
        cli   　！ 不允许中断
        mov ax, #0x0000, cld        ! 设置读取目标位置和递增读取方式
! 将system模块从0x10000动到0x00000处        
do_mov: mov es, ax          add ax, #0x1000
        cmp ax, #0x9000     jz end_mov 　　　　　　　　　　　　 ! 若ax=0x9000，表示移动完成，则跳出
        mov ds, ax          sub di, di    sub si, si        ! 设置源地址0x90000和目标地址0x00000
        mov cx, #0x8000   ! 设置移动数据的长度
        rep movsw         ! 将system模块移动到0地址
        jmp do_move

2. 进入保护模式。cs左移4位+ip最大有20位地址，也就是最大内存空间只有1M。setup最后一步要从16位机切换到32寻址方式。

　　实模式：CS:IP，CS << 4 + IP，共20位寻址空间

　　保护模式：CS实际上是查表GDT（Global Descriptor Table），地址为CS查表 + IP

mov ax,#0x0001　 ! 将0x0001放入ax寄存器
mov cr0,ax　　　　! 将ax放入cr0寄存器，这一步非常重要
           　    ! cr0寄存器最后一位是0的时候是CS:IP实模式
             　　! cr0寄存器最后一位是1的时候是保护模式，需要走另外一条解释指令的电路
jmpi 0,8　　　　　! cs:8, ip:0; 这里实际上跳转的地址就是0地址

 4.head.s

head.s是system中的第一个模块，负责重新加载各个数据段寄存器，重新设置中断描述符表，重新设置全局描述符表，设置分页处理机制（一个页目录表和4个页表），打开20号地址线访问4G内存，并且将main函数压栈，head执行完后弹出main，转到main函数。

startup_32:
    movl $0x10, %eax　　! 现在开始是32位汇编，前面的放入后面
    mov %ax, %ds
    mov %ax, %es
    mov %as, %fs
    mov %as, %gs　　　　　　　 ! 指向gdt的0x10数据项
　　lss _stact_start, %esp　　! 设置系统栈
　　call setup_idt　　　　　　 ! 设置中断描述符表子程序
　　call setup_gdt　　　　　　 ! 设置全局描述符表子程序
　　mov $0x10, %eax　　　　　　! 重载所有的段寄存器
...

 5.main函数

main函数中有大量初始化函数，例如初始化硬盘，初始化内存，将每4K内存作为一个页等等

 6.系统调用

普通函数调用是通过call跳转对应函数的地址继续执行

系统调用是调用系统库中为该系统调用编写的一个接口函数，叫 API（Application Programming Interface）。API 并不能完成系统调用的真正功能，它要做的是去调用真正的系统调用，过程是：

  • 把系统调用的编号存入 EAX
  • 把函数参数存入其它通用寄存器
  • 触发 0x80 号中断（int 0x80）

这里研究 close() 中的API，以宏_syscall1(int, close, int, fd)为例子，它在include/unistd.h中定义了展开的形式

这就是 API 的定义。它先将宏 __NR_close 存入 EAX，将参数 fd 存入 EBX，然后进行 0x80 中断调用。调用返回后，从 EAX 取出返回值，存入 __res，再通过对 __res 的判断决定传给 API 的调用者什么样的返回值。

其中 __NR_close 在 include/unistd.h 中定义为 6

int close(int fd)
{
    long __res;
    __asm__ volatile ("int $0x80"
        : "=a" (__res)
        : "0" (__NR_close),"b" ((long)(fd)));
    if (__res >= 0)
        return (int) __res;
    errno = -__res;
    return -1;
}

在内核初始化时，主函数调用了 sched_init() 初始化函数：

void main(void)
{
//    ……
    time_init();
    sched_init();
    buffer_init(buffer_memory_end);
//    ……
}

sched_init() 在 kernel/sched.c 中定义为：

void sched_init(void)
{
//    ……
    set_system_gate(0x80,&system_call);
}

set_system_gate 是个宏，在 include/asm/system.h有定义。这段宏就是填写 IDT（中断描述符表），将 system_call 函数地址写到 0x80 对应的中断描述符中，也就是在中断 0x80 发生后，自动调用函数 system_call

 

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文章来源: 博客园

原文链接: https://www.cnblogs.com/stuxuan/p/17649710.html

标签： LINUX Linux操作系统
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