linux-0.11分析:boot文件 head.s 第三篇随笔
head.s
参考 [github这个博主的][ https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk ]
改变栈顶位置
_pg_dir:
startup_32:
movl $0x10,%eax
mov %ax,%ds
mov %ax,%es
mov %ax,%fs
mov %ax,%gs
lss _stack_start,%esp
先是分别ds,es,fs,gs的值都置成了0x10
然后这段·
lss _stack_start,esp
相当于把ss:sep这个栈顶指针指向 _stack_start这个位置,而这个位置在head.s
中找不到,它在sched.c
中long user_stack [ PAGE_SIZE>>2 ] ; struct {
long * a;
short b;
} stack_start = { & user_stack [PAGE_SIZE>>2] , 0x10 };
在linux-0.11文件kernel文件下的
sched.c
,在67~72行左右;从新设置idt和gdt;
call setup_idt
call setup_gdt
movl $0x10,%eax ; 重新加载所有段寄存器
mov %ax,%ds ; 更改gdt后。CS已经
mov %ax,%es ; 在“setup\u gdt”中重新加载
mov %ax,%fs
mov %ax,%gs
lss _stack_start,%esp
前两行分别在设置 idt 和 gdt的值
后面有重新设置了ds,es,fs,gs因为在设置idt和gdt中改变了这些值,而这里在进行call操作时,并没有压栈,所以需要从新设置,还有从新设置栈顶
先看看dit的设置
setup_idt:
lea ignore_int,%edx
movl $0x00080000,%eax
movw %dx,%ax /* selector = 0x0008 = cs */
movw $0x8E00,%dx /* interrupt gate - dpl=0, present */ lea _idt,%edi
mov $256,%ecx
rp_sidt:
movl %eax,(%edi)
movl %edx,4(%edi)
addl $8,%edi
dec %ecx
jne rp_sidt
lidt idt_descr
ret
设置了 **256 **个中断描述符, 让每一个中断描述符中的中断程序例程都指向一个 ignore_int 的函数地址
看看 ignore_int
ignore_int:
pushl %eax
pushl %ecx
pushl %edx
push %ds
push %es
push %fs
movl $0x10,%eax
mov %ax,%ds
mov %ax,%es
mov %ax,%fs
pushl $int_msg
call _printk
popl %eax
pop %fs
pop %es
pop %ds
popl %edx
popl %ecx
popl %eax
iret
也就call了
_printk
这个地址这是一个打印的操作.....再看看gdt的设置
setup_gdt:
lgdt gdt_descr
ret
gdt_descr:
.word 256*8-1 # so does gdt (not that that's any
.long _gdt # magic number, but it works for me :^)
.align 3 _gdt:
.quad 0x0000000000000000 /* NULL descriptor */
.quad 0x00c09a0000000fff /* 16Mb */
.quad 0x00c0920000000fff /* 16Mb */
.quad 0x0000000000000000 /* TEMPORARY - don't use */
.fill 252,8,0
跟之前设置的gdt一毛一样,只是在内存中的位置变了
然后看看内存的改变的样子
然后看看进入
main.c
的那段代码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
L6:
jmp L6
把_main的地址入栈,当进行完
jmp setup_paging
这段操作后面弹栈就进入main.c
函数了接下里就看看
setup_paging
这个函数吧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
xorl %eax,%eax /* pg_dir is at 0x0000 */
movl %eax,%cr3 /* cr3 - page directory start */
movl %cr0,%eax
orl $0x80000000,%eax
movl %eax,%cr0 /* set paging (PG) bit */
ret
这是在设置页目录和页表;
分页机制也是相当于改变了物理寻址的方式,或者说给物理寻址多加了一步
先看看前面的分段机制:
段选择子:高12位 => 存储的是段描述符的索引;段选择子例如:ds,cs,es等等
通过段描述符的索引找到段描述符:在得到 段基址 + 偏移地址 = 物理地址
那么现在这个分页机制页数类似的,只不过在是在分段机制的后面
先来说一说官方的词语:逻辑地址,线性地址,虚拟地址,物理地址
逻辑地址
:也就是我们程序员写程序时给出的地址线性地址
:吧逻辑地址经过分段机制后的出来的就是线性地址32位
虚拟地址
:这个地址其实就是如果你开启了分页机制,那么刚刚得到的线性地址就是虚拟地址,只是改了一个名字而已物理地址
:如果不经过分页机制,那么刚刚得到的线性地址就是物理地址;如果经过分页机制,那么刚刚的线性地址(虚拟地址)经过分页机制得到的就是物理地址;下面通过一张图来清晰的看看:
现在来看看分页机制如何寻址的:
先把线性地址(32位)分段:高10位;中间10位;最后12位
- 用高10位去
页目录表
寻找页目录项
- 然后用
页目录项
拼接上中间10位得到的值,去页表
中寻找页表项
- 最后用
页表项
加上最后12位的偏移地址得到就是物理地址
而这一切的操作,都由计算机的一个硬件叫 MMU,中文名字叫内存管理单元,有时也叫 PMMU,分页内存管理单元。由这个部件来负责将虚拟地址转换为物理地址。
那怎么才算开启了分页机制了,就要用到这个
cr0寄存器
的PG位了由于linux0.11 用的是20位物理地址,所以大小为16MB
1 个页目录表最多包含 1024 个页目录项(也就是 1024 个页表),1 个页表最多包含 1024 个页表项(也就是 1024 个页),1 页为 4KB(因为有 12 位偏移地址),因此,16M 的地址空间可以用 1 个页目录表 + 4 个页表搞定。
4(页表数)* 1024(页表项数) * 4KB(一页大小)= 16MB
.org 0x1000
pg0:
.org 0x2000
pg1:
.org 0x3000
pg2:
.org 0x4000
pg3:
.org 0x5000
开始的位置就存储在
cr3寄存器
中首先页目录存在 : 0x0000 ~ 0x1000
而四个页表项存在:0x1000 ~ 0x2000;0x2000 ~ 0x3000;0x3000 ~ 0x4000;0x4000 ~ 0x5000
注意:这里覆盖了0x0000~0x5000的System的代码因为这些代码已经运行了,也没有保存什么有用的东西,所有可以覆盖了
那么现在再来看看内存的布局,就要进入main.c函数了
再次看看最后进入main.c的那段代码吧
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:
..... 此处省略一大段
ret
可以看到在jmp进入setup_paging之前先把 0,0,0, L6 和main.c的地址压栈
最后在执行完 setup_paging 之后又ret 弹栈顶元素就是main.c的地址
至此就彻底进入了main.c的代码中,在上面也不会ret结束,在上面就等待着其他用于程序调用操作系统,但是也并非这么简单
最后来回忆一哈,boot这个文件下bootsect.s、setup.s、head.s都做了些什么!!!(补充哈,这是在linux-0.11操作系统下哟);最后内存的样子在上面了
- 用高10位去
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