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Linux操作系统内核引导程序详细剖析

Linux操作系统内核引导程序详细剖析 
  贴出者为 llc  
 
这段程序是Linux操作系统启动boot程序，其思想原理可参看本人翻译的《Linux内核 

漫游》一篇。 

中文注释：赵炯 [e-mail] www.freedove.com 




发信人: seis (矛), 信区: Linux 

标  题: Linux操作系统内核引导程序详细剖析 

发信站: BBS 水木清华站 (Fri Feb  2 14:12:43 2001) 

  

  

这段程序是Linux操作系统启动boot程序，其思想原理可参看本人翻译的《Linux内核 

漫游》一篇。 

  

中文注释：赵炯 [e-mail] www.freedove.com 

  

  

! bootsect.s (c) 1991, 1992 Linus Torvalds 版权所有 

! Drew Eckhardt修改过 

! Bruce Evans (bde)修改过 

! 

! bootsect.s 被bios-启动子程序加载至0x7c00 (31k)处，并将自己 

! 移到了地址0x90000 (576k)处，并跳转至那里。 

! 

! bde - 不能盲目地跳转，有些系统可能只有512k的低 

! 内存。使用中断0x12来获得(系统的)最高内存、等。 

! 

! 它然后使用BIOS中断将setup直接加载到自己的后面(0x90200)(576.5k)， 

! 并将系统加载到地址0x10000处。 

! 

! 注意! 目前的内核系统最大长度限制为(8*65536-4096)(508k)字节长，即使是在 

! 将来这也是没有问题的。我想让它保持简单明了。这样508k的最大内核长度应该 

! 是足够了，尤其是这里没有象minix中一样包含缓冲区高速缓冲(而且尤其是现在 

! 内核是压缩的 :-) 

! 

! 加载程序已经做的尽量地简单了，所以持续的读出错将导致死循环。只能手工重启。 

! 只要可能，通过一次取得整个磁道，加载过程可以做的很快的。 

  

#include /* 为取得CONFIG_ROOT_RDONLY参数 */ 

!! config.h中(即autoconf.h中)没有CONFIG_ROOT_RDONLY定义!!!? 

  

#include 

  

.text 

  

SETUPSECS = 4 ! 默认的setup程序扇区数(setup-sectors)的默认值; 

  

BOOTSEG = 0x7C0 ! bootsect的原始地址; 

  

INITSEG = DEF_INITSEG ! 将bootsect程序移到这个段处(0x9000) - 避开; 

SETUPSEG = DEF_SETUPSEG ! 设置程序(setup)从这里开始(0x9020); 

SYSSEG = DEF_SYSSEG ! 系统加载至0x1000(65536)(64k)段处; 

SYSSIZE = DEF_SYSSIZE ! 系统的大小(0x7F00): 要加载的16字节为一节的数; 

!! 以上4个DEF_参数定义在boot.h中: 

!! DEF_INITSEG 0x9000 

!! DEF_SYSSEG 0x1000 

!! DEF_SETUPSEG 0x9020 

!! DEF_SYSSIZE 0x7F00 (=32512=31.75k)*16=508k 

  

! ROOT_DEV & SWAP_DEV 现在是由"build"中编制的; 

ROOT_DEV = 0 

SWAP_DEV = 0 

#ifndef SVGA_MODE 

#define SVGA_MODE ASK_VGA 

#endif 

#ifndef RAMDISK 

#define RAMDISK 0 

#endif 

#ifndef CONFIG_ROOT_RDONLY 

#define CONFIG_ROOT_RDONLY 1 

#endif 

  

! ld86 需要一个入口标识符，这和通常的一样; 

.globl _main 

_main: 

#if 0 /* 调试程序的异常分支，除非BIOS古怪（比如老的HP机）否则是无害的 */ 

int 3 

#endif 

mov ax,#BOOTSEG !! 将ds段寄存器置为0x7C0; 

mov ds,ax 

mov ax,#INITSEG !! 将es段寄存器置为0x9000; 

mov es,ax 

mov cx,#256 !! 将cx计数器置为256(要移动256个字, 512字节); 

sub si,si !! 源地址 ds:si=0x07C0:0x0000; 

sub di,di !! 目的地址es:di=0x9000:0x0000; 

cld !! 清方向标志; 

rep !! 将这段程序从0x7C0:0(31k)移至0x9000:0(576k)处; 

movsw !! 共256个字(512字节)(0x200长); 

jmpi go,INITSEG !! 间接跳转至移动后的本程序go处; 

  

! ax和es现在已经含有INITSEG的值(0x9000); 

  

go: mov di,#0x4000-12 ! 0x4000(16k)是>=bootsect + setup 的长度 + 

! + 堆栈的长度 的任意的值; 

! 12 是磁盘参数块的大小 es:di=0x94000-12=592k-12; 

  

! bde - 将0xff00改成了0x4000以从0x6400处使用调试程序(bde)。如果 

! 我们检测过最高内存的话就不用担心这事了，还有，我的BIOS可以被配置为将wini驱动 

表 

! 放在内存高端而不是放在向量表中。老式的堆栈区可能会搞乱驱动表; 

  

mov ds,ax ! 置ds数据段为0x9000; 

mov ss,ax ! 置堆栈段为0x9000; 

mov sp,di ! 置堆栈指针INITSEG:0x4000-12处; 

/* 

* 许多BIOS的默认磁盘参数表将不能 

* 进行扇区数大于在表中指定 

* 的最大扇区数( - 在某些情况下 

* 这意味着是7个扇区)后面的多扇区的读操作。 

* 

* 由于单个扇区的读操作是很慢的而且当然是没问题的， 

* 我们必须在RAM中(为第一个磁盘)创建新的参数表。 

* 我们将把最大扇区数设置为36 - 我们在一个ED 2.88驱动器上所能 

* 遇到的最大值。 

* 

* 此值太高是没有任何害处的，但是低的话就会有问题了。 

* 

* 段寄存器是这样的: ds=es=ss=cs - INITSEG,(=0X9000) 

* fs = 0, gs没有用到。 

*/ 

  

! 上面执行重复操作(rep)以后，cx为0; 

  

mov fs,cx !! 置fs段寄存器=0; 

mov bx,#0x78 ! fs:bx是磁盘参数表的地址; 

push ds 

seg fs 

lds si,(bx) ! ds:si是源地址; 

!! 将fs:bx地址所指的指针值放入ds:si中; 

mov cl,#6 ! 拷贝12个字节到0x9000:0x4000-12开始处; 

cld 

push di !! 指针0x9000:0x4000-12处; 

  

rep 

movsw 

  

pop di !! di仍指向0x9000:0x4000-12处(参数表开始处); 

pop si !! ds => si=INITSEG(=0X9000); 

  

movb 4(di),*36 ! 修正扇区计数值; 

  

seg fs 

mov (bx),di !! 修改fs:bx(0000:0x0078)处磁盘参数表的地址为0x9000:0x4000-12; 

seg fs 

mov 2(bx),es 

  

! 将setup程序所在的扇区(setup-sectors)直接加载到boot块的后面。!! 0x90200开始处 

; 

! 注意，es已经设置好了。 

! 同样经过rep循环后cx为0 

  

load_setup: 

xor ah,ah ! 复位软驱(FDC); 

xor dl,dl 

int 0x13 

  

xor dx,dx ! 驱动器0, 磁头0; 

mov cl,#0x02 ! 从扇区2开始，磁道0; 

mov bx,#0x0200 ! 置数据缓冲区地址=es:bx=0x9000:0x200; 

! 在INITSEG段中,即0x90200处; 

mov ah,#0x02 ! 要调用功能号2(读操作); 

mov al,setup_sects ! 要读入的扇区数SETUPSECS=4; 

! (假释所有数据都在磁头0、磁道0); 

int 0x13 ! 读操作; 

jnc ok_load_setup ! ok则继续; 

  

push ax ! 否则显示出错信息。保存ah的值(功能号2); 

call print_nl !! 打印换行; 

mov bp,sp !! bp将作为调用print_hex的参数; 

call print_hex !! 打印bp所指的数据; 

pop ax 

  

jmp load_setup !! 重试! 

  

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 

!!INT 13 - DISK - READ SECTOR(S) INTO MEMORY 

!! AH = 02h 

!! AL = number of sectors to read (must be nonzero) 

!! CH = low eight bits of cylinder number 

!! CL = sector number 1-63 (bits 0-5) 

!! high two bits of cylinder (bits 6-7, hard disk only) 

!! DH = head number 

!! DL = drive number (bit 7 set for hard disk) 

!! ES:BX -> data buffer 

!! Return: CF set on error 

!! if AH = 11h (corrected ECC error), AL = burst length 

!! CF clear if successful 

!! AH = status (see #00234) 

!! AL = number of sectors transferred (only valid if CF set for some 

!! BIOSes) 

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 

  

  

ok_load_setup: 

  

! 取得磁盘驱动器参数，特别是每磁道扇区数(nr of sectors/track); 

  

#if 0 

  

! bde - Phoenix BIOS手册中提到功能0x08只对硬盘起作用。 

! 但它对于我的一个BIOS(1987 Award)不起作用。 

! 不检查错误码是致命的错误。 

  

xor dl,dl 

mov ah,#0x08 ! AH=8用于取得驱动器参数; 

int 0x13 

xor ch,ch 

  

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 

!! INT 13 - DISK - GET DRIVE PARAMETERS (PC,XT286,CONV,PS,ESDI,SCSI) 

!! AH = 08h 

!! DL = drive (bit 7 set for hard disk) 

!!Return: CF set on error 

!! AH = status (07h) (see #00234) 

!! CF clear if successful 

!! AH = 00h 

!! AL = 00h on at least some BIOSes 

!! BL = drive type (AT/PS2 floppies only) (see #00242) 

!! CH = low eight bits of maximum cylinder number 

!! CL = maximum sector number (bits 5-0) 

!! high two bits of maximum cylinder number (bits 7-6) 

!! DH = maximum head number 

!! DL = number of drives 

!! ES:DI -> drive parameter table (floppies only) 

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 

  

#else 

  

! 好象没有BIOS调用可取得扇区数。如果扇区36可以读就推测是36个扇区， 

! 如果扇区18可读就推测是18个扇区，如果扇区15可读就推测是15个扇区， 

! 否则推测是9. [36, 18, 15, 9] 

  

mov si,#disksizes ! ds:si->要测试扇区数大小的表; 

  

probe_loop: 

lodsb !! ds:si所指的字节 =>al, si=si+1; 

cbw ! 扩展为字(word); 

mov sectors, ax ! 第一个值是36，最后一个是9; 

cmp si,#disksizes+4 

jae got_sectors ! 如果所有测试都失败了，就试9; 

xchg ax,cx ! cx = 磁道和扇区(第一次是36=0x0024); 

xor dx,dx ! 驱动器0，磁头0; 

xor bl,bl !! 设置缓冲区es:bx = 0x9000:0x0a00(578.5k); 

mov bh,setup_sects !! setup_sects = 4 (共2k); 

inc bh 

shl bh,#1 ! setup后面的地址(es=cs); 

mov ax,#0x0201 ! 功能2(读)，1个扇区; 

int 0x13 

jc probe_loop ! 如果不对，就试用下一个值; 

  

#endif 

  

got_sectors: 

  

! 恢复es 

  

mov ax,#INITSEG 

mov es,ax ! es = 0x9000; 

  

! 打印一些无用的信息(换行后，显示Loading) 

  

mov ah,#0x03 ! 读光标位置; 

xor bh,bh 

int 0x10 

  

mov cx,#9 

mov bx,#0x0007 ! 页0，属性7 (normal); 

mov bp,#msg1 

mov ax,#0x1301 ! 写字符串，移动光标;