X86架构操作系统的启动

刚看完b站操作系统（哈工大李治军老师）老师的课前三章，趁热打铁做个简单的笔记，不会讨论太多具体内部的代码主要是理解。学习这三章需要汇编的一点基础，我看的是b站小甲鱼的汇编到内存访问章节就够理解了。

1、操作系统的一些知识

  • 操作系统开机时进入实模式
  • 硬件上操作主要是：寻址ROM BIOS的映射区，检查RAM,键盘，显示器，软硬磁盘
  • 启动设备信息被设置在CMOS中 存储着实时钟和硬件配置信息

2、bootsect.s

bootsect读取磁盘第一个扇区，也被称为操作系统的引导扇区，执行汇编程序bootsect.s 主要功能是将操作系统载入内存中，它在结尾会跳到第二个扇区读取setup.s

3、setup.s

执行setup.s为硬件启动作准备：

  1. 将硬件参数载入，显示开机界面
  2. 完成OS启动前的这些设置后，进入保护模式（从16位机进入到保护模式32位）
  3. 保护模式下主要是地址翻译（gdt表全局描述符表）硬件来做和中断处理函数入口（idt也是个表）
  4. 在steup结尾使用jumpi 0,8 这个32位的指令（查表寻址），转跳到了内存0x0000处，也就是之前bootsect执行后存放操作系统的起始地址（system模块）

4、操作系统编译相关知识

  • system是由许多文件编译而成，makefile就是用来编译的脚本语言
  • 我们通常把这些由多个文件（bootset.s、setup.s、system模块）操作系统编译而成的文件称为image（镜像），image开机后就会初始化产生shell（平时我们用的操作系统界面（桌面））
  • makefile将相互依赖的各种文件链接起来最终形成了镜像文件，当然包括system它的第一个文件——重要的head.s
    可以看出来内存中操作系统是这样的，蓝色部分是system

5、head.s

  • 从这里开始除了使用16位的x86汇编，还使用32位的(GNU)，还有内嵌汇编（GCC（主要是处理C文件））
  • 刚进入head，就是初始化，需要跳转到C函数，这里需要提到函数调用函数的原理（C中函数调用函数，使用的就是栈，涉及汇编知识，b栈小甲鱼的汇编内存访问章节有讲到函数调用函数的具体栈操作）
  • 在汇编的一系列压栈操作后进入了main函数（并且main函数不会再返回了，返回的话会导致死机）也就是说以后不出意外一直是c了……吧？不得不说到这里看到c觉得从未有过的亲切感
  • 在main函数中是许多的初始化函数，和嵌入式驱动程序的初始化函数差不多
  • mem_init（）是其中的一个较为重要的初始化函数（内存初始化函数）
    其中mam_map数组的一些解析：>>=12每次右移4k（一页），每一页置为0（置为0的是内存中没有使用的，前面放的是操作系统）
    这个数组有多长就看之前读的硬件参数是多长了。
    我觉得它这里应该是硬盘的内存，不确定，有知道的大佬能告诉一下最好
  • 最后，老师还说了这句话，我觉得听精辟的，返璞归真：

操作系统的启动实际上只做了两件事情
1、将操作系统读入内存
2、初始化

最后，操作系统启动部分的笔记到此结束了，老师的课还有配套实验，有空去做