Linux上电初始化--BOSI启动和boot环境设置

BIOS:

上电启动时，最开始由硬件控制进入BIOS，BIOS代码一般存放在0xfe000~0xfffff最后几kb中；启动中cs:eip == 0xffff:0x00000 === 0xffff0 这是最开始启动的（BIOS执行的第一条指令）

下面是BIOS程序执行的内容：

1、在0x00000处开始的1kb内存空间（0x00000~0x003fff）安装中断向量表(256个中断，cs和ip各占2字节==>1kb)

2、在紧挨着它的位置用256字节创建BIOS数据区（0x400~0x4ff）

3、在0xe2ce处加载中断向量表相应的服务程序



当BIOS完成自检后，会调用中断0x19来加载第一扇区内容（启动扇区，引导扇区，bootsect）把该内容加载到0x7c00处

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bootsect：

bootsect.s代码是磁盘引导程序，驻留在磁盘的第一号扇区中：0号磁道（柱面）、0号磁头、第一个扇区。第一号扇区是指虚拟的扇区号，比如：0号磁道、1号磁头、第一个扇区的扇区号为19（1.44Mb软驱磁道总扇区数为18，1.2Mb软驱磁道总扇区数为12）；系统会检查0x7c00以后的256个字节是否为有效的引导扇区（最后两字节是否为 0xaa55）

下面是bootsect程序执行的内容：

1、规划内存

setuplen = 4 要加载的setup扇区数

bootseg = 0x07c0 (这是段地址，物理地址0x7c00)，启动扇区被BIOS加载到的位置

initseg = 0x9000 将要把bootsect移动到的新位置，0x90000+0x1ff = 0x90200:后面接跟着setup

setupseg = 0x9020 setup被加载到的位置(bootsect和setup是连在一起的) 0x90200 + 512*4(十六进制为：0x800)=0x90a00

sysseg = 0x1000 内核被加载的位置,120个扇区 ==> 0x2e000

endseg = sysseg + syssize 内核的末尾位置

2、bootsect启动程序将自己512字节从0x7c00处复制到0x90000处，然后执行:

jmpi go, initseg

go:

mov ax, cs

mov ds, ax

跳转到新位置0x90000处继续执行下面的代码

3、用BIOS的系统中断调用（int 0x13）把setup（第二个扇区到第五个扇区）加载到setupseg（0x90200）

4、从第六个扇区开始把240多个扇区内核模块加载到sysseg(0x1000)处往后的120kb空间中（以磁道为单位加载），==> 0x2e000

5、确认根设备号，指的是设备

6、跳转到setup开始执行：jmpi 0，setupseg

注：堆栈ss=0x9000,sp=0xff00

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setup：

主要是提前内核运行所需要的机器系数数据

1、提取光标和页面等数据，并调用中断向量0x41和0x46中获取硬盘参数表1和表2，分别放在0x9000:0x0080和0x9000:0x0090

2、把BIOS中提前到的数据存放在 0x90000~0x901fc （这段地址是bootsect位置，0x90000~0x901ff）

3、关中断cli，若在启动时未关中断，在销毁BIOS中断（实模式中断）与建立新中断描述符表IDT（保护模式）发生中断，系统不知道调用哪个中断系统；

4、把内核程序从0x10000处移动到0x0000处，覆盖了BIOS开始建立的中断向量表和数据区，内核从0x0000处开始

5、设置中断描述符表和全局描述符表；

中断描述符表：

32位中断机制是用中断描述符表IDT（表的位置不固定），由IDTR来跟踪访问；16位实模式中断机制是用中断向量表，位置固定在0x0000；此时IDT是一张空表，还没有开始填写中断服务程序（要使用某个中断服务程序时，把相应的位置添加到IDT表中）；GDT全局描述符表，是进入保护模式的关键区别，存放各个段地址。

6、打开A20（历史遗留问题，0xfffff+1=0x0000地址回滚，24位地址时为了兼容大多数pc机上应用，也可以设置回顾）

7、对8259A中断控制芯片进行编程，在保护模式下，int 0x00~int 0x1f是被Intel保留作为内部（不可屏蔽）中断使用。

实模式下： 保护模式：

IRQ 0 ---> 0x00 0--->0x20

IRQ 1 ---> 0x01 0--->0x21

..... .....

IRQ 15---> 0x0f 15--->0x2f

8、设置CR0中的第0位PE为1，让cpu进入保护模式下运行

9、jmpi 0, 8 （1000）跳转到第一个段描述符的地方执行。进入保护模式后用跳转语句清空流水线（流水线里面的语句还是16位实模式下的）

10、跳转到的位置其实是0x0000，是内核代码开始的地方，也是head.s开始的地方

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head：

head.s程序加载方式和前面两个不一样，它是由C语言写的编译器编译成目标代码，然后和内核一起链接成system模块。head在内核前面，也即是head在0x0000开始处，占由的内存是25KB+184B；大概要完成的工作是实现分页机制，GDT，IDT。最重要的一点是，head在0x0000处创建GDT、IDT等，这就意味着自己杀害自己来为内核提供运行条件；

1、设置系统堆栈；（为什么要这么设置不是很清楚）

2、设置临时的中断描述符表idt（其中有256项），把所有的中断描述符中服务程序都设置指向ignore_int（里面什么也没做就打印些信息），属性值设置为0x8E00，同时加载到lidt中断描述符寄存器中。其实这些中断描述符都是假的，真正有效的中断门需要到实际使用中定义（主要在asm.s和Traps.c）

3、设置临时全局描述符表gdt（三个描述符：代码描述符、数据描述符、系统段描述符），其实呢，实现很简单：开始加载全局描述符表段寄存器，而加载的是 gdt_descr，其中真正定义描述符的是 _gdt（在head文件最后）；

4、检测A20是否开启，采用在0x00处写入某个数值，在1M地址上获取数据看看是否相等，若相等，则一直循环比较（也就是死机）；

5、检测数学协处理器是否存在（对数学协处理器不是很熟悉），方法是修改CR0，然后执行数学协处理器命令，看是否出错；

6、为执行main函数设置环境，最后把main函数的地址压栈，然后装作调用返回（其实根本没调用，而是依靠堆栈性质）用ret（call和ret并不是非要对应出现的，这里就是只使用ret，让cpu误以为是调用返回到main中）跳转到main函数执行。

7、设置有关分页机制，在0地址开始处顺序定义5个物理页分不做页目录表（所有进程共有），4个页表（内核专用，其他新进程要使用可以在主内存中定义新的页表来处理映射）（4×1024×4kb=16MB，寻址整个16MB的主内存），把页表和主内存物理页一一映射起来。打开CR0分页机制，把页目录表地址赋值给CR3。

8、最后一步：ret，“返回到”main函数（使用堆栈性质跳转到main），开始Linux操作系统一系列的初始化工作了。

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若有不正确之处，望大家指正，共同学习！谢谢！！！