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发信人: lvyou (≈航之心≈), 信区: Linux
标 题: Linux操作系统内核引导程序详细剖析
发信站: 荔园晨风BBS站 (Mon Nov 12 20:26:07 2001), 转信
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 gohigh@shtdu.edu.cn 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;
int 0x10
#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;
int 0x10
cmp bx,#15
je root_defined
mov al,#0x1c ! /dev/PS0 - 1.44Mb !! 0x1C = 28;
cmp bx,#18
je root_defined
mov al,0x20 ! /dev/fd0H2880 - 2.88Mb;
cmp bx,#36
je root_defined
mov al,#0 ! /dev/fd0 - autodetect;
root_defined:
seg cs
mov root_dev,ax !! 其中保存由设备的主、次设备号；
! 这以后(所有程序都加载了)，我们就跳转至
! 被直接加载到boot块后面的setup程序去：
jmpi 0,SETUPSEG !! 跳转到0x9020:0000(setup程序的开始位置);
! 这段程序将系统(system)加载到0x10000(64k)处,
! 注意不要跨越64kb边界。我们试图以最快的速度
! 来加载，只要可能就整个磁道一起读入。
!
! 输入(in): es - 开始地址段(通常是0x1000)
!
sread: .word 0 ! 当前磁道已读的扇区数；
head: .word 0 ! 当前磁头；
track: .word 0 ! 当前磁道；
read_it:
mov al,setup_sects
inc al
mov sread,al !! 当前sread=5；
mov ax,es !! es=0x1000；
test ax,#0x0fff !! (ax AND 0x0fff, if ax=0x1000 then zero-flag=1 )；
die: jne die ! es 必须在64kB的边界；
xor bx,bx ! bx 是段内的开始地址；
rp_read:
#ifdef __BIG_KERNEL__
#define CALL_HIGHLOAD_KLUDGE .word 0x1eff, 0x220 ! 调用 far * bootsect_kludge
! 注意: as86不能汇编这；
CALL_HIGHLOAD_KLUDGE ! 这是在setup.S中的程序；
#else
mov ax,es
sub ax,#SYSSEG ! 当前es段值减system加载时的启始段值(0x1000)；
#endif
cmp ax,syssize ! 我们是否已经都加载了？(ax=0x7f00 ?)；
jbe ok1_read !! if ax <= syssize then 继续读；
ret !! 全都加载完了，返回！
ok1_read:
mov ax,sectors !! sectors=每磁道扇区数；
sub ax,sread !! 减去当前磁道已读扇区数，al=当前磁道未读的扇区数(ah=0)；
mov cx,ax
shl cx,#9 !! 乘512，cx = 当前磁道未读的字节数；
add cx,bx !! 加上段内偏移值，es:bx为当前读入的数据缓冲区地址；
jnc ok2_read !! 如果没有超过64K则继续读；
je ok2_read !! 如果正好64K也继续读；
xor ax,ax
sub ax,bx
shr ax,#9
ok2_read:
call read_track !! es:bx ->缓冲区，al=要读的扇区数，也即当前磁道未读的扇区数；
mov cx,ax !! ax仍为调用read_track之前的值，即为读入的扇区数；
add ax,sread !! ax = 当前磁道已读的扇区数；
cmp ax,sectors !! 已经读完当前磁道上的扇区了吗？
jne ok3_read !! 没有，则跳转；
mov ax,#1
sub ax,head !! 当前是磁头1吗？
jne ok4_read !! 不是(是磁头0)则跳转(此时ax=1)；
inc track !! 当前是磁头1，则读下一磁道(当前磁道加1)；
ok4_read:
mov head,ax !! 保存当前磁头号；
xor ax,ax !! 本磁道已读扇区数清零；
ok3_read:
mov sread,ax !! 存本磁道已读扇区数；
shl cx,#9 !! 刚才一次读操作读入的扇区数 * 512；
add bx,cx !! 调整数据缓冲区的起始指针；
jnc rp_read !! 如果该指针没有超过64K的段内最大偏移量，则跳转继续读操作；
mov ax,es !! 如果超过了，则将段地址加0x1000(下一个64K段);
add ah,#0x10
mov es,ax
xor bx,bx !! 缓冲区地址段内偏移量置零；
jmp rp_read !! 继续读操作；
read_track:
pusha !! 将寄存器ax,cx,dx,bx,sp,bp,si,di压入堆栈；
pusha
mov ax,#0xe2e ! loading... message 2e = . !! 显示一个.
mov bx,#7
int 0x10
popa
mov dx,track !! track = 当前磁道；
mov cx,sread
inc cx !! cl = 扇区号，要读的起始扇区；
mov ch,dl !! ch = 磁道号的低8位；
mov dx,head !!
mov dh,dl !! dh = 当前磁头号；
and dx,#0x0100 !! dl = 驱动器号(0)；
mov ah,#2 !! 功能2(读)，es:bx指向读数据缓冲区；
push dx ! 为出错转储保存寄存器的值到堆栈上；
push cx
push bx
push ax
int 0x13
jc bad_rt !! 如果出错，则跳转；
add sp, #8 !! 清(放弃)堆栈上刚推入的4个寄存器值；
popa
ret
bad_rt: push ax ! 保存出错码；
call print_all ! ah = error, al = read；
xor ah,ah
xor dl,dl
int 0x13
add sp,#10
popa
jmp read_track
/*
* print_all是用于调试的。
* 它将打印出所有寄存器的值。所作的假设是
* 从一个子程序中调用的，并有如下所示的堆栈帧结构
* dx
* cx
* bx
* ax
* error
* ret <- sp
*
*/
print_all:
mov cx,#5 ! 出错码 + 4个寄存器
mov bp,sp
print_loop:
push cx ! 保存剩余的计数值
call print_nl ! 为了增强阅读性，打印换行
cmp cl, #5
jae no_reg ! 看看是否需要寄存器的名称
mov ax,#0xe05 + A - l
sub al,cl
* dx
* cx
* bx
* ax
* error
* ret <- sp
*
*/
print_all:
mov cx,#5 ! 出错码 + 4个寄存器
mov bp,sp
print_loop:
push cx ! 保存剩余的计数值
call print_nl ! 为了增强阅读性，打印换行
cmp cl, #5
jae no_reg ! 看看是否需要寄存器的名称
mov ax,#0xe05 + A - l
sub al,cl
/*
* print_hex是用于调试目的的，打印出
* ss:bp所指向的十六进制数。
* !! 例如，十六进制数是0x4321时，则al分别等于4,3,2,1调用中断打印出来 4321
*/
print_hex:
mov cx, #4 ! 4个十六进制数字
mov dx, (bp) ! 将(bp)所指的值放入dx中
print_digit:
rol dx, #4 ! 循环以使低4比特用上 !! 取dx的高4比特移到低4比特处。
mov ax, #0xe0f ! ah = 请求的功能值，al = 半字节(4个比特)掩码。
and al, dl !! 取dl的低4比特值。
add al, #0x90 ! 将al转换为ASCII十六进制码(4个指令)
daa !! 十进制调整
adc al, #0x40 !! (adc dest, src ==> dest := dest + src + c )
daa
int 0x10
loop print_digit
ret
/*
* 这个过程(子程序)关闭软驱的马达，这样
* 我们进入内核后它的状态就是已知的，以后也就
* 不用担心它了。
*/
kill_motor:
push dx
mov dx,#0x3f2
xor al,al
outb
pop dx
ret
!! 数据区
sectors:
.word 0 !! 当前每磁道扇区数。(36||18||15||9)
disksizes: !! 每磁道扇区数表
.byte 36, 18, 15, 9
msg1:
.byte 13, 10
.ascii "Loading"
.org 497 !! 从boot程序的二进制文件的497字节开始
setup_sects:
.byte SETUPSECS
root_flags:
.word CONFIG_ROOT_RDONLY
syssize:
.word SYSSIZE
swap_dev:
.word SWAP_DEV
ram_size:
.word RAMDISK
vid_mode:
.word SVGA_MODE
root_dev:
.word ROOT_DEV
boot_flag: !! 分区启动标志
.word 0xAA55
来源：Linux自由鸽
--
※ 来源:·BBS 水木清华站 smth.org·[FROM: 159.226.41.166]
--
如果没有黄蓉，我可以想象郭靖最后的结局：他可能跟着江南七怪学一辈子功夫，但
还是武林里的三流角色，他也可能和彭连虎交上朋友，成为江洋大盗或者江湖混混。他甚
至可能仰慕欧阳锋而躲到深山老林苦练武功，最后变得性情乖张，暴戾凶残。
最糟糕的结局还不是这些。他也可能娶了华筝公主，一面在战场上杀人如麻，一面在
宫殿里挥霍淫乐，成为一个腐败不堪的贵族。
只是因为他的一念之间，只是因为他认识了一个女孩，他的人生改变了。
※ 来源:·荔园晨风BBS站 bbs.szu.edu.cn·[FROM: 192.168.55.60]
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