Linux0.11源码学习（二）
linux0.11源码学习笔记
参考资料：https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk
源码查看：https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source
/boot/setup.s
entry start
start:
! ok, the read went well so we get current cursor position and save it for
! posterity.
mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...
mov ds,ax
mov ah,#0x03 ! read cursor pos
xor bh,bh
int 0x10 ! save it in known place, con_init fetches
mov [0],dx ! it from 0x90000.
含义：
触发 BIOS 提供的显示服务中断处理程序，而 ah 寄存器被赋值为 0x03 表示显示服务里具体的读取光标位置功能。这个 int 0x10 中断程序执行完毕并返回时，dx 寄存器里的值表示光标的位置，具体说来其高八位 dh 存储了行号，低八位 dl 存储了列号。
ps:计算机在加电自检后会自动初始化到文字模式，在这种模式下，一屏幕可以显示 25 行，每行 80 个字符，也就是 80 列。
mov [0],dx 就是把这个光标位置存储在 [0] 这个内存地址处。最终的内存地址是在 0x90000 处，这里存放着光标的位置，以便之后在初始化控制台的时候用到。
! Get memory size (extended mem, kB) 获取内存信息。
mov ah,#0x88
int 0x15
mov [2],ax
! Get video-card data: 获取显卡显示模式。
mov ah,#0x0f
int 0x10
mov [4],bx ! bh = display page
mov [6],ax ! al = video mode, ah = window width
! check for EGA/VGA and some config parameters 检查显示方式并取参数
mov ah,#0x12
mov bl,#0x10
int 0x10
mov [8],ax
mov [10],bx
mov [12],cx
! Get hd0 data 获取第一块硬盘的信息。
mov ax,#0x0000
mov ds,ax
lds si,[4*0x41]
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0080
mov cx,#0x10
rep
movsb
! Get hd1 data 获取第二块硬盘的信息。
mov ax,#0x0000
mov ds,ax
lds si,[4*0x46]
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0090
mov cx,#0x10
rep
movsb
含义：
程序方法与上述相同，就是调用一个 BIOS 中断获取点什么信息，然后存储在内存中某个位置。
上述程序我们能够知道被存到内存的信息是什么：
| 内存地址 | 长度（字节） | 名称 |
|---|---|---|
| 0x90000 | 2 | 光标位置 |
| 0x90002 | 2 | 扩展内存数 |
| 0x90004 | 2 | 显示页面 |
| 0x90006 | 1 | 显示模式 |
| 0x90007 | 1 | 字符列数 |
| 0x90008 | 2 | 未知 |
| 0x9000A | 1 | 显示内存 |
| 0x9000B | 1 | 显示状态 |
| 0x9000C | 2 | 显卡特性参数 |
| 0x9000E | 1 | 屏幕行数 |
| 0x9000F | 1 | 屏幕列数 |
| 0x90080 | 16 | 硬盘1参数表 |
| 0x90090 | 16 | 硬盘2参数表 |
| 0x900FC | 2 | 根设备号 |
这里的信息被约定好使用一个确定的内存地址，便于汇编语言和c语言同时编程。
! now we want to move to protected mode ...
cli ! no interrupts allowed !
解释：
关闭中断。
因为后面我们要把原本是 BIOS 写好的中断向量表给覆盖掉，也就是给破坏掉了，写上我们自己的中断向量表，所以这个时候是不允许中断进来的。
! first we move the system to it's rightful place
mov ax,#0x0000
cld ! 'direction'=0, movs moves forward
do_move:
mov es,ax ! destination segment
add ax,#0x1000
cmp ax,#0x9000
jz end_move
mov ds,ax ! source segment
sub di,di
sub si,si
mov cx,#0x8000
rep
movsw
jmp do_move
! then we load the segment descriptors
end_move:
解释：
rep 表示重复执行后面的指令，这里表示重复执行movsw。
rep movsw 同前面的原理一样，也是做了个内存复制操作。最终的结果是，把内存地址 0x10000 处开始往后一直到 0x90000 的内容，统统复制到内存的最开始的 0 位置。
图解：
栈顶地址仍然是 0x9FF00 没有改变。
0x90000 开始往上的位置，原来是 bootsect 和 setup 程序的代码，现 bootsect 的一部分代码在已经被操作系统为了记录内存、硬盘、显卡等一些临时存放的数据给覆盖了一部分。
内存最开始的 0 到 0x80000 这 512K 被 system 模块给占用了，之前讲过，这个 system 模块就是除了 bootsect 和 setup 之外的全部程序链接在一起的结果，可以理解为操作系统的全部。
那么现在的内存布局就是这个样子。
end_move:
mov ax,#SETUPSEG ! right, forgot this at first. didn't work :-)
mov ds,ax
lidt idt_48 ! load idt with 0,0
lgdt gdt_48 ! load gdt with whatever appropriate
...
...
idt_48:
.word 0 ! idt limit=0
.word 0,0 ! idt base=0L
gdt_48:
.word 0x800 ! gdt limit=2048, 256 GDT entries
.word 512+gdt,0x9 ! gdt base = 0X9xxxx
解释：lidt idt_48 表示把idt_48放在 idtr 寄存器中
idtr寄存器存储的是中断描述符表
lgdt gdt_48 表示把gdt_48放在 gdtr 寄存器中。
其实这段代码是为了开启cpu的保护模式做准备，由于intel的历史遗留问题，cpu的实模式和保护模式的寻址方式不同。实模式是段基址左移4位加偏移地址，即ds<<4+[偏移地址]。保护模式是，在段寄存器（比如 ds、ss、cs）里存储段选择子，段选择子去全局描述符表中寻找段描述符，从中取出段基址，再和偏移地址相加。
图解：
gdt:
.word 0,0,0,0 ! dummy
.word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096=8Mb)
.word 0x0000 ! base address=0
.word 0x9A00 ! code read/exec
.word 0x00C0 ! granularity=4096, 386
.word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096=8Mb)
.word 0x0000 ! base address=0
.word 0x9200 ! data read/write
.word 0x00C0 ! granularity=4096, 386
解释：
gdt 这个标签处，就是全局描述符表在内存中的真正数据了。
图解：
mov al,#0xD1 ! command write
out #0x64,al
mov al,#0xDF ! A20 on
out #0x60,al
解释：
简单理解，这一步就是为了突破地址信号线 20 位的宽度，变成 32 位可用。
! well, that went ok, I hope. Now we have to reprogram the interrupts :-(
! we put them right after the intel-reserved hardware interrupts, at
! int 0x20-0x2F. There they won't mess up anything. Sadly IBM really
! messed this up with the original PC, and they haven't been able to
! rectify it afterwards. Thus the bios puts interrupts at 0x08-0x0f,
! which is used for the internal hardware interrupts as well. We just
! have to reprogram the 8259's, and it isn't fun.
mov al,#0x11 ! initialization sequence
out #0x20,al ! send it to 8259A-1
.word 0x00eb,0x00eb ! jmp $+2, jmp $+2
out #0xA0,al ! and to 8259A-2
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x20 ! start of hardware int's (0x20)
out #0x21,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x28 ! start of hardware int's 2 (0x28)
out #0xA1,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x04 ! 8259-1 is master
out #0x21,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x02 ! 8259-2 is slave
out #0xA1,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x01 ! 8086 mode for both
out #0x21,al
.word 0x00eb,0x00eb
out #0xA1,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0xFF ! mask off all interrupts for now
out #0x21,al
.word 0x00eb,0x00eb
out #0xA1,al
解释：
看注释，这是对可编程中断控制器 8259 芯片编程，8259是啥就不解释了。
! well, that certainly wasn't fun :-(. Hopefully it works, and we don't
! need no steenking BIOS anyway (except for the initial loading :-).
! The BIOS-routine wants lots of unnecessary data, and it's less
! "interesting" anyway. This is how REAL programmers do it.
!
! Well, now's the time to actually move into protected mode. To make
! things as simple as possible, we do no register set-up or anything,
! we let the gnu-compiled 32-bit programs do that. We just jump to
! absolute address 0x00000, in 32-bit protected mode.
mov ax,#0x0001 ! protected mode (PE) bit
lmsw ax ! This is it!
jmpi 0,8 ! jmp offset 0 of segment 8 (cs)
解释:
前两行，将 cr0 这个寄存器的位 0 置 1，模式就从实模式切换到保护模式了。
再往后，又是一个段间跳转指令 jmpi，后面的 8 表示 cs（代码段寄存器）的值，0 表示偏移地址。请注意，此时已经是保护模式了，之前也说过，保护模式下内存寻址方式变了，段寄存器里的值被当做段选择子。
8 用二进制表示就是
00000,0000,0000,1000
对照上面段选择子的结构，可以知道描述符索引值是 1，也就是要去全局描述符表（gdt）中找第一项段描述符。
gdt:
.word 0,0,0,0 ! dummy
.word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096=8Mb)
.word 0x0000 ! base address=0
.word 0x9A00 ! code read/exec
.word 0x00C0 ! granularity=4096, 386
.word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096=8Mb)
.word 0x0000 ! base address=0
.word 0x9200 ! data read/write
.word 0x00C0 ! granularity=4096, 386
注意，段描述符是32位数，从代码看，就是每4个字节为一个段描述符。
这里取的第2个段描述符就是代码段描述符，从代码看就是的5个.word到第8个.word。段基址是 0，偏移也是 0，那加一块就还是 0 咯，所以最终这个跳转指令，就是跳转到内存地址的 0 地址处，开始执行。
目前内存的状态:
system 模块怎么生成的呢？由 Makefile 文件可知，是由 head.s 和 main.c 以及其余各模块的操作系统代码合并来的，可以理解为操作系统的全部核心代码编译后的结果。
我们说，最后一行代码让cpu跳到内存地址的0号处执行，也就是boot/head.s文件所描述的。
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