操作系统 L3操作系统启动（网易公开课）

Posted 2021-03-19 jasonpeng1

 

bootsect.s（引导扇区程序）做了件什么事？

将硬盘中的OS程序（setup.s)读入内存

今天看一下setup.s后又做了什么事。

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为什么一开始操作系统的程序要用汇编来编写？因为我们要严格地控制程序在哪里执行。汇编能做到，而C语言要需要编译才可以，在哪里执行我们是控制不了的。

 

 

 

 

为什么要做这件事情（扩展，获取内存的大小）呢？

为了以后要管理内存，必须先知道内存的大小。

还要获得其他参数：如光标位置，显卡参数等等。

获得之后就会形成一个数据结构的表。以便后面来管理。

 

之后就将操作系统的全部代码移动到0地址处，固定在内存中。以后应用程序就放在操作系统之上啦！（这样也解释的通为什么4G的内存发现可用的内存不够4GB，因为一部分内存被操作系统占用啦）

 如果把这门课的全部代码（摘自Linux0.11源码分析）全部看懂，你就已经直到了操作系统的基本样子。有余力再去阅读《Linux0.11源码分析》。

这样后，setup.s就完成基本工作了。

setup.s做的最后一件事是：

jmpi 0,8这条指令在我们课程中发挥着非常至关重要的作用。能理解它，可以说对操作系统的认识有了一定的层次。

jmpi 0,8 的含义是：把0赋给IP，把8赋给CS。

这样就跳到00080处了。但如果真的跳到80处就会死机。这条指令实际跳到了0地址处。

因为此时访存能力只有20位，最大只有1MB，那么现在的计算机访存能力已经达到了4GB，那么如何改变访存方式呢？

要从16位机切换到32位机的样子。（1M->4GB).

32位模式也叫做保护模式。必须从实模式切换到保护模式下工作。

所以setup.s最后的事情就是切换到保护模式下

 16位模式和32位模式的本质区别是什么？CPU的解释程序不一样。

之前是CS;IP ，CS左移4位后加上IP。但是现在不能这样解释了。

要切换到另一条电路来执行。

cr0寄存器如果是0，就是为实模式，为1就是保护模式。

这两条指令执行完毕后，CPU就走另外一条电路了。

 这条解释执行的电路要怎样解释执行呢？

CS这时变成了选择子（selector)

 

这时查找指令的地址的方式就变成了：CS的作用为选择表中的一个项，在这个项中取出基地址，再和IP偏移地址加在一起产生32位地址。

如果要想32位的寻址方式好使，那么就需要著名的gdt（global discription table)表

setup.s初始化gdt的部分：

 

切换到32位寻址方式后，CS和IP都变成了32位的寄存器。

此时中断函数也要去gdt表项里去查找。

 

其实是跳到了0地址去执行。

 

 

 

编写操作系统，除了编写操作系统的源代码以外，还要编写操作系统的控制代码，比如system是由一大堆子文件集合起来的，那么就需要你控制谁先执行。

这就是著名的makefile

学完了这个课程后，makefile必须会用！

像编辑器，直接用快捷键就能把源代码文件编译好，是因为内部帮你实现了makefile。

system是由许多子文件像bootsect,setup,head,init等组合而成，最后生成一个镜像文件Image。

最后LD,链接，生成了tools/system。

第一个模块是bootsect,接着是setup，接着是head，接着是main

head.s做了些什么事情？

又一次初始化了idt表和gdt表

刚才为啥要初始化gdt表？只是为了跳到jmpi 08这个地方去。所以临时建立gdt表。

这一次建立的表，是使操作系统真正开始工作。

还有一个要注意的是：现在的汇编代码和之前的不一样了。变成了32位的汇编代码。

操作系统特别复杂，使用了3种汇编语言：16位汇编，32位汇编，和内嵌汇编。

 

head.s（汇编）会跳转到main函数部分，main是一段C函数。

可以看到这是压栈操作，下图配和理解，压完main函数后，返回L6，L6将继续执行L6，这时就会死机。所以操作系统是永远不会死机的。

进入了main函数：

可以看出，main函数用于不会退出（因为没有返回L6的语句）。

可以看到，这里的函数大部分作用都是初始化。

这里只说一个，明白了它，其他的作用大概也就明白了

内存的初始化。

每4K进行一次初始化，初始化为0。4K称为一页，我们在内存管理的时候再详细说明。

end_mem就是你的机器的内存大小，这个参数是之前setup.s程序读取内存的时候获取的。

 

到此，系统启动基本完成。其实上就是干了两件事：1.把操作系统读入内存 2.初始化