Linux 0.11 第五回 | 进入保护模式前的最后一次折腾内存
低并发编程2022-10-04 16:31
本文来自微信公众号：低并发编程 （ID：dibingfa），作者：闪客
本系列会以一个读小说的心态，从开机启动后的代码执行顺序，带着大家阅读和赏析 Linux 0.11 全部核心代码，了解操作系统的技术细节和设计思想。
你会跟着我一起，看着一个操作系统从啥都没有开始，一步一步最终实现它复杂又精巧的设计，读完这个系列后希望你能发出感叹，原来操作系统源码就是这破玩意。
以下是已发布文章的列表，详细了解本系列可以先从开篇词看起。
开篇词
本系列的 GitHub 地址如下：
https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk
------- 正文开始 -------
书接上回，上回书咱们说到，操作系统已经完成了各种从硬盘到内存的加载，以及内存到内存的复制。
至此，整个 bootsect.s 的使命就完成了，也是我们品读完的第一个操作系统源码文件。之后便跳转到了 0x90200 这个位置开始执行，这个位置处的代码就是位于 setup.s 的开头，我们接着来看。
start: mov ax,#0x9000 ; this is done in bootsect already, but mov ds,ax mov ah,#0x03 ; read cursor pos xor bh,bh ; save it in known place, con_init fetches mov [0],dx ; it from 0x90000.
又有个 int 指令。
前面的文章好好看过的话，一下就能猜出它要干嘛。还记不记得之前有个 int 0x13 表示触发 BIOS 提供的读磁盘中断程序？这个 int 0x10 也是一样的，它也是触发 BIOS 提供的显示服务中断处理程序，而 ah 寄存器被赋值为 0x03 表示显示服务里具体的读取光标位置功能。
具体 BIOS 提供了哪些中断服务，如何去调用和获取返回值，请大家自行寻找资料，这里只说结果。
这个 int 0x10 中断程序执行完毕并返回时，dx 寄存器里的值表示光标的位置，具体说来其高八位 dh 存储了行号，低八位 dl 存储了列号。
这里说明一下：计算机在加电自检后会自动初始化到文字模式，在这种模式下，一屏幕可以显示 25 行，每行 80 个字符，也就是 80 列。
那下一步 mov [0],dx 就是把这个光标位置存储在 [0] 这个内存地址处。注意，前面我们说过，这个内存地址仅仅是偏移地址，还需要加上 ds 这个寄存器里存储的段基址，最终的内存地址是在 0x90000 处，这里存放着光标的位置，以便之后在初始化控制台的时候用到。
所以从这里也可以看出，这和我们平时调用一个方法没什么区别，只不过这里的寄存器的用法相当于入参和返回值，这里的 0x10 中断号相当于方法名。
这里又应了之前说的一句话，操作系统内核的最开始也处处都是 BIOS 的调包侠，有现成的就用呗。
再接下来的几行代码，都是和刚刚一样的逻辑，调用一个 BIOS 中断获取点什么信息，然后存储在内存中某个位置，我们迅速浏览一下就好咯。
比如获取内存信息。 Get memory size (extended mem, kB) mov ah,#0x88 int 0x15 mov [2],ax获取显卡显示模式。 Get video-card data: mov ah,#0x0f int 0x10 mov [4],bx ; bh = display page mov [6],ax ; al = video mode, ah = window width检查显示方式并取参数; check for EGA/VGA and some config parameters mov ah,#0x12 mov bl,#0x10 int 0x10 mov [8],ax mov [10],bx mov [12],cx获取第一块硬盘的信息。 Get hd0 data mov ax,#0x0000 mov ds,ax lds si,[4*0x41] mov ax,#INITSEG mov es,ax mov di,#0x0080 mov cx,#0x10 rep movsb获取第二块硬盘的信息。 Get hd1 data mov ax,#0x0000 mov ds,ax lds si,[4*0x46] mov ax,#INITSEG mov es,ax mov di,#0x0090 mov cx,#0x10 rep movsb
以上原理都是一样的。
我们就没必要细琢磨了，对操作系统的理解作用不大，只需要知道最终存储在内存中的信息是什么，在什么位置，就好了，之后会用到他们的。
内存地址长度 (字节) 名称 0x900002 光标位置 0x900022
扩展内存数 0x900042 显示页面 0x900061
显示模式 0x900071 字符列数 0x900082 未知 0x9000A1
显示内存 0x9000B1
显示状态 0x9000C2 显卡特性参数 0x9000E1
屏幕行数 0x9000F1 屏幕列数 0x9008016
硬盘 1 参数表 0x9009016 硬盘 2 参数表 0x901FC2
根设备号
由于之后很快就会用 c 语言进行编程，虽然汇编和 c 语言也可以用变量的形式进行传递数据，但这需要编译器在链接时做一些额外的工作，所以这么多数据更方便的还是双方共同约定一个内存地址，我往这里存，你从这里取，就完事了。这恐怕是最最原始和直观的变量传递的方式了。
把这些信息存储好之后，操作系统又要做什么呢？我们继续往下看。
cli ; no interrupts allowed ;
就一行 cli，表示关闭中断的意思。
因为后面我们要把原本是 BIOS 写好的中断向量表给覆盖掉，也就是给破坏掉了，写上我们自己的中断向量表，所以这个时候是不允许中断进来的。
继续看。
first we move the system to it's rightful place mov ax,#0x0000 cld 'direction'=0, movs moves forwarddo_move: mov es,ax destination segment add ax,#0x1000 cmp ax,#0x9000 jz end_move mov ds,ax source segment sub di,di sub si,si mov cx,#0x8000 jmp do_move; then we load the segment descriptorsend_move: ...
看到后面那个 rep movsw 熟不熟悉，一开始我们把操作系统代码从 0x7c00 移动到 0x90000 的时候就是用的这个指令，来图回忆一下。
同前面的原理一样，也是做了个内存复制操作，最终的结果是，把内存地址 0x10000 处开始往后一直到 0x90000 的内容，统统复制到内存的最开始的 0 位置，大概就是这么个效果。
由于之前的各种加载和复制，导致内存看起来很乱，是时候进行一波取舍和整理了，我们重新梳理一下此时的内存布局。
栈顶地址仍然是 0x9FF00 没有改变。
0x90000 开始往上的位置，原来是 bootsect 和 setup 程序的代码，现 bootsect 的一部分代码在已经被操作系统为了记录内存、硬盘、显卡等一些临时存放的数据给覆盖了一部分。
内存最开始的 0 到 0x80000 这 512K 被 system 模块给占用了，之前讲过，这个 system 模块就是除了 bootsect 和 setup 之外的全部程序链接在一起的结果，可以理解为操作系统的全部。
那么现在的内存布局就是这个样子。
好了，记住上面的图就好了，这回是不是又重新清晰起来了？之前的什么 0x7c00，已经是过去式了，赶紧忘掉它，向前看！
接下来，就要进行有点技术含量的工作了，那就是模式的转换，需要从现在的 16 位的实模式转变为之后 32 位的保护模式，这是一项大工程！也是我认为的这趟操作系统源码旅程中，第一个颇为精彩的地方，大家做好准备！
后面的世界越来越精彩，欲知后事如何，且听下回分解。
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