linux0.11源码阅读笔记1-启动流程-bootsect.s

一.概述:

源码阅读笔记是一个新的系列，也是自己在沉淀一段时间后的新发现，开始对linux底层的一次新探索。这个系列的每一节基本上都会是一个linux0.11的源代码文件，并附上我自己的理解与这些源码所涉及的知识点。本节的主角是linux0.11中涉及启动流程的部分，源代码部分是bootsect.s。

二.bootsect.s流程图与功能分析

这个流程图不是很严谨，因为ok_load_setup部分并不是一个独立的模块，里面又包含很多函数调用，故出现了多次。

bootsect.s的功能其实就是加载数据，将磁盘上的程序数据(启动程序，系统程序)加载到内存中，并在这个过程中对这1MB的内存进行规划，之后跳转到setup程序。

三.源代码分析

该部分知识点

1.理解BIOS所做的事情

将磁盘上0磁道0扇区的数据加载到内存0x07c0处，设置CS=0xFFFF,IP=0X0000

2.熟悉汇编

10号中断，13号中断

源代码部分”!”为linus当时的注释，”!!”为我为了自己理解所添加的注释

代码

1.初始化与start部分

该部分的内存变化
1)BIOS将代码加载到0x07c0处

2)执行start部分后的内存

!! SYS_SIZE is the number of clicks (16 bytes) to be loaded.! 0x3000 is 0x30000 bytes = 196kB, more than enough for current! versions of linux!SYSSIZE = 0x3000!!   bootsect.s      (C) 1991 Linus Torvalds!! bootsect.s is loaded at 0x7c00 by the bios-startup routines, and moves! iself out of the way to address 0x90000, and jumps there.!! It then loads 'setup' directly after itself (0x90200), and the system! at 0x10000, using BIOS interrupts. !! NOTE! currently system is at most 8*65536 bytes long. This should be no! problem, even in the future. I want to keep it simple. This 512 kB! kernel size should be enough, especially as this doesn't contain the! buffer cache as in minix!! The loader has been made as simple as possible, and continuos! read errors will result in a unbreakable loop. Reboot by hand. It! loads pretty fast by getting whole sectors at a time whenever possible..globl begtext, begdata, begbss, endtext, enddata, endbss.textbegtext:.databegdata:.bssbegbss:.textSETUPLEN = 4                ! nr of setup-sectors !!setup程序占用的扇区个数BOOTSEG  = 0x07c0           ! original address of boot-sector   !!计算机启动的时候BIOS将bootsect加载到的内存区域INITSEG  = 0x9000           ! we move boot here - out of the way !!我们将bootsect程序要移动到的内存其实地址SETUPSEG = 0x9020           ! setup starts here                 !!setup程序开始的地方，简单计算下，9020H是段地址，转化成物理地址就是90200H也就是90000H+200H(512)SYSSEG   = 0x1000           ! system loaded at 0x10000 (65536). !!系统加载到的内存其实地址ENDSEG   = SYSSEG + SYSSIZE     ! where to stop loading         !!系统结束的内存地址! ROOT_DEV: 0x000 - same type of floppy as boot.!       0x301 - first partition on first drive etc!!start部分作用，将bootsect部分代码的起始地址从内存的BOOTSEG处移动到INITEG处，并初始化DS,ES,CS等段寄存器。ROOT_DEV = 0x306entry startstart:    mov ax,#BOOTSEG    mov ds,ax    mov ax,#INITSEG    mov es,ax    mov cx,#256    sub si,si    sub di,di    rep         !!重复执行下面的一条指令cx次    movw        !!将ds:si部分的一个字(16字节)移动到es:di处，并且执行后修改si与di                !!在这之前的start操作都是为了上面的rep movw做准备，初始化ds寄存器，初始化es寄存器    jmpi    go,INITSEG  !!设置CS寄存器为的值为INITSEG,IP寄存器为go的值!!完成跳转代码继续执行，现在在逻辑上代码虽然是继续向下执行了，但在物理上我们的代码的执行是换到了另一个地方的。go: mov ax,cs       !cs的值为INITSEG(0x9000),语句执行后ax也为INITSEG    mov ds,ax       !ds的值为INITSEG    mov es,ax       !es的值为INITSEG! put stack at 0x9ff00.    mov ss,ax       !ss的值为INITSEG    mov sp,#0xFF00      ! arbitrary value >>512

2.load_setup部分

该部分的内存变化变成

!!该部分的作用是将setup部分的代码从磁盘中读取到内存中  ! load the setup-sectors directly after the bootblock.! Note that 'es' is already set up.load_setup:    mov dx,#0x0000      ! drive 0, head 0   磁头号0,驱动器号0    mov cx,#0x0002      ! sector 2, track 0 磁道号低8位,起始扇区号    mov bx,#0x0200      ! address = 512, in INITSEG,将磁盘数据读到es:bx处，也就是90000+512=90512处    mov ax,#0x0200+SETUPLEN ! service 2, nr of sectors,ah=02代表读,al=4代表要读入4个扇区,也就是要读入2,3,4,5这四个扇区    int 0x13            ! read it,调用13号中断读取硬盘    jnc ok_load_setup       ! ok - continue，如果上面的int 13没有出错，就跳转到ok_load_setup    mov dx,#0x0000    mov ax,#0x0000      ! reset the diskette    int 0x13    j   load_setup

3.ok_load_setup”第一”部分

这一部分是最复杂的一部分，在整个函数内部又调用了其他的函数，所以接下来将该部分插接开来讲解。
在ok_load_setup部分内存没有发生特别注意的变化。

ok_load_setup:! Get disk drive parameters, specifically nr of sectors/track    mov dl,#0x00        !!读取驱动器0的参数    mov ax,#0x0800      !! AH=8 is get drive parameters，该功能的返回参数，CH=最大磁道数低8位，CL(0:5)=每磁道最大扇区数，CL(6:7)=最大磁道数高两位，DH=最大磁头数    int 0x13    mov ch,#0x00    seg cs              !!设置段超越，如果不设置那么mov sector,cx的语义是将cx的值移动到ds:sector处    mov sectors,cx      !!将cx的值移动到cs:sectors，这里linus默认将cl就当做了每磁道的扇区数，而没有管(6:7)位的磁道号高两位，是因为目前的磁道数都还没有达到256，故这两位可能默认为0了    mov ax,#INITSEG         mov es,ax           !!因为int 0x13是会修改es的，现在修改回来! Print some inane message    mov ah,#0x03        ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10            !!如果不读取当前鼠标的位置，下面输出的东西不会在接下来的地方显示出来，而是在屏幕的最上面显示    mov cx,#24    mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute 7 (normal)    mov bp,#msg1    mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor    int 0x10! ok, we've written the message, now! we want to load the system (at 0x10000)!!到现在为止，bootsect与setup已经加载到内存中了，开始加载系统    mov ax,#SYSSEG    mov es,ax       ! segment of 0x010000    call    read_it    call    kill_motor

4.ok_load_setup第二部分

这里主要是介绍在上一部分代码中调用的两个函
数”read_it”与”kill_motor”。这两个函数中的重点是”read_it”，其中涉及的函数会有”ok1_read”,”ok2_read”,”ok3_read”,”ok4_read”,”read_track”等。d
本部分的代码就是为了将系统的代码加载到内存中。

! After that we check which root-device to use. If the device is! defined (!= 0), nothing is done and the given device is used.! Otherwise, either /dev/PS0 (2,28) or /dev/at0 (2,8), depending! on the number of sectors that the BIOS reports currently.    seg cs    mov ax,root_dev    cmp ax,#0    jne root_defined    seg cs    mov bx,sectors    mov ax,#0x0208      ! /dev/ps0 - 1.2Mb    cmp bx,#15    je  root_defined    mov ax,#0x021c      ! /dev/PS0 - 1.44Mb    cmp bx,#18    je  root_definedundef_root:    jmp undef_rootroot_defined:    seg cs    mov root_dev,ax! after that (everyting loaded), we jump to! the setup-routine loaded directly after! the bootblock:    jmpi    0,SETUPSEG! This routine loads the system at address 0x10000, making sure! no 64kB boundaries are crossed. We try to load it as fast as! possible, loading whole tracks whenever we can.!! in:   es - starting address segment (normally 0x1000)!sread:  .word 1+SETUPLEN    ! sectors read of current trackhead:   .word 0         ! current headtrack:  .word 0         ! current trackread_it:    mov ax,es               test ax,#0x0fff      !!0x0fff与ax的值0x1000按位相与结果为0die:    jne die         ! es must be at 64kB boundary    xor bx,bx       ! bx is starting address within segmentrp_read:    mov ax,es               cmp ax,#ENDSEG      ! have we loaded all yet? !!判断es是否已经到达ENDSEG，如果不是进入ok1_read    jb ok1_read    retok1_read:    seg cs              !!仍然是设置段超越，原因与上面相同    mov ax,sectors      !!获得扇区个数    sub ax,sread        !!用磁道所有扇区个数-读取的扇区个数=未读扇区个数    mov cx,ax           !!cx存储未读扇区个数    shl cx,#9           !!左移9位的意思就是乘512    add cx,bx           !!这里的bx初始为0，但是在完成一次int 13h,ax=02h的时候，bx的数值就是es段的偏移地址，也就是读缓冲区的起始地址    jnc ok2_read        !!如果将要读取的数据没有超过64kb，那么就跳转到ok2_read    je ok2_read    xor ax,ax    sub ax,bx    shr ax,#9ok2_read:    call read_track     !!读扇区    mov cx,ax           !!此次操作应该读取的扇区数,这里的ax值是ok1_read中计算出来的，也就是(sectors-sread)    add ax,sread        !!这个值是当前磁道上已经读取的扇区数，也就是sectors(即每磁道的扇区数，在不出错的情况下，现在已经将第一个磁道的所有扇区读取完毕)    seg cs              !!继续设置段超越，因为需要对代码中存储的变量进行写操作    cmp ax,sectors      !!计算ax-sectors的结果，将影响各种标志寄存器的值    jne ok3_read        !!如果上面的相减结果不为0说明，还没有读完当前磁道的所有扇区，那么执行ok3_read    mov ax,#1           !!接下来读磁道另一磁头上的数据，如果已经完成，则去读下一磁道    sub ax,head         !!判断当前磁头    jne ok4_read        !!如果是0磁头，则再去读1磁头上的扇区数据    inc track           !!否则读下一磁道ok4_read:    mov head,ax    xor ax,axok3_read:    mov sread,ax        !!保存ax，也就是已读扇区数    shl cx,#9           !!计算上一次读取数据的字节数    add bx,cx           !!将当前的段内偏移加上再读一次磁盘会发生的偏移    jnc rp_read         !!如果上面的值小于64kb也就是一个段仍可以容纳，那么就调用rp_read继续读，否则就要调整当前段，为下一次读做准备    mov ax,es               add ax,#0x1000          mov es,ax           !!修改段基质，跳到下一个段，因为本段已经无法满足继续的读操作了    xor bx,bx           !!清空偏移量    jmp rp_read         !!继续读read_track:    push ax    push bx    push cx    push dx    mov dx,track    !!获得当前的磁道号    mov cx,sread    !!获取已经读了的扇区数    inc cx          !!当前扇区+1代表要读的扇区    mov ch,dl       !!ch代表当前磁道号的低8位    mov dx,head     !!获取当前的磁头号    mov dh,dl       !!dh=磁头号，这里是因为dx存储的是磁道磁头号，但是    mov dl,#0    and dx,#0x0100    mov ah,#2    int 0x13    jc bad_rt    pop dx    pop cx    pop bx    pop ax    retbad_rt: mov ax,#0    mov dx,#0    int 0x13    pop dx    pop cx    pop bx    pop ax    jmp read_track/* * This procedure turns off the floppy drive motor, so * that we enter the kernel in a known state, and * don't have to worry about it later. */kill_motor:    push dx    mov dx,#0x3f2    mov al,#0    outb    pop dx    retsectors:    .word 0msg1:    .byte 13,10    .ascii "Loading system ..."    .byte 13,10,13,10.org 508root_dev:    .word ROOT_DEVboot_flag:    .word 0xAA55.textendtext:.dataenddata:.bssendbss:

完整的代码与注释在我的github上页有记录bootsect.s注释

四.参考资料

1.Linux内核完全注释-机械工业出版社-赵炯
2.8086汇编指令快速参考
3.INT13H
4.INT10H