linux内核segment.h,[Linux Kernel]Linux内核启动过程（2.6.23）

快来打我* 2023-01-20 12:58 29阅读 0赞

\[Linux Kernel\]Linux内核启动过程(2.6.23)

(2012-08-22 10:34:56)

标签：

linux

kernel

boot

内核版本号：2.6.23

当PC按下电源，CPU加电后，自动从0xFFFF0处开始执行代码，这个地址位于BIOS中。接着

BIOS开始一系列系统检测，并在内存物理地址0处初

始化中断向量，供Linux内核启动过程中进行调用。此后，它将启动设备的第一个扇区(磁盘引导扇区，512Bytes)读入内存绝对地址0x7C00

处，并跳到这个地方开始执行(arch/i386/boot/header.s)。

注意，现在程序现在运行在16位实模式下，使用 64k的段。 segment(段地址) : offset(偏移)构成了

逻辑地址，段地址乘以 16 再加上 偏移 ，就得到 linear

address(线性地址)。header.s(arch/i386/boot/header.s)中包含了大量的.h(头文件)。

18 \#include

19 \#include

20 \#include

21 \#include

22 \#include

23 \#include

24 \#include "boot.h"

这些头文件包含了许多重要的宏和声明，在Linux 内核的其他程序中，都会用到。

.section ".header", "a"

.globl hdr

hdr:

上面开始了header.s的最重要的部分，hdr数据段存储了Linux kernel启动过程所需的信息数据，它的结构struct

boot\_params定义在 include/asm-i386/bootparam.h中。struct

boot\_params非常重要，它包含了其他的一些struct,并不是很复杂。下面开始了header.s程序，开始了header.s的真正的执

行。

.section ".inittext", "ax"

start\_of\_setup:

它首先初始化 Disk Controller(磁盘控制器)，是通过 int 0x13进行的。然后设置寄存器，Zero the

bss(初始化数据段)，接着 call main(调用

main)跳转到：arch/i386/boot/main.c的main()函数开始执行。(终于见到我们的可亲可爱的C了，不过别高兴太早喔：～)

下面我们看看main()都做了什么(注：linux kernel

中有太多main函数，程序并不是总是从main开始执行)

copy\_boot\_params(); 复制 boot header 到 "zeropage"

validate\_cpu(); 确保支持当前运行的CPU

set\_bios\_mode(); 告诉BIOS什么CPU我们将要去运行

detect\_memory(); 检测Memory

keyboard\_set\_repeat(); 设置键盘 repeat rate (Why ?)

set\_video(); 设置 Video mode

query\_mca(); 获得 MCA 信息

query\_voyager(); Voyager ?

query\_ist(); 获得 Query Intel SpeedStep (IST) 信息

query\_apm\_bios(); 获得APM 信息

query\_edd(); 获得EDD信息

go\_to\_protected\_mode(); 最后一件事，也是最重要的一件事，进入保护模式

上面只是函数调用的大致顺序，并不是真正的程序，通过这些函数我们可以一目了然地看到内核的执行过程(还是C好啊,UGG boots，

不像汇编，得一行一行地看)，当然你要了解更多的细节，可以追踪到每一个函数中去。它通过上方面的检测，不断地填充struct

boot\_params结构，记住，struct boot\_params 是很重要的喔

。其他函数我们就不研究了，单看最后一个，go\_to\_protected\_mode()，究竟在哪儿？

arch/i386/boot/pm.c

void go\_to\_protected\_mode(void)

依次调用了如下函数：

realmode\_switch\_hook(); Hook before leaving realmode

move\_kernel\_around(); 把 Kernel/setup 移到 它们最终的地方

enable\_a20() 开启 a20 门

reset\_coprocessor(); 重置 coprocessor(协处理器)

mask\_all\_interrupts(); Mask(屏蔽所有中断)

setup\_idt(); 开始转入 保护模式……

setup\_gdt();

protected\_mode\_jump(boot\_params.hdr.code32\_start,

(u32)&boot\_params + (ds()

<< 4));

protected\_mode\_jump，传入了boot\_params->hdr

\->code32\_start作为第一个参数， 该参数在header.s

中(arch/i386/boot/header.s) 设置如下：

code32\_start: \# here loaders can put a different

\# start address for 32-bit code.

\#ifndef \_\_BIG\_KERNEL\_\_

.long 0x1000 \# 0x1000 = default for zImage

\#else

.long 0x100000 \# 0x100000 = default for big kernel

\#endif

显然是跳转到 0x1000或0x100000处继续执行。

第二个参数，就是 boot\_params的线性地址，注意，现在仍是实地址模式，线性地址为段地址乘16加上偏移。

(啊，天哪，又到 汇编里去了，AT&T汇编)，

在arch/i386/boot/pmjump.S中，

.globl protected\_mode\_jump

.type protected\_mode\_jump, @function

.code16

终于找到了，arch/i386/boot/pmjump.S并不大，只有54行。我们看看它做了什么：

xorl �x, �x \# Flag to indicate this is a boot

movl �x, %esi \# 传递过来的boot\_params地址，转移到 ESI寄存器中

movl �x, 2f \# Patch ljmpl instruction 要跳转的地址 放到 2f 处

........

movw $\_\_BOOT\_DS, %cx

movl %cr0, �x

orb $1, %dl \# Protected mode (PE) bit 设置CR0的PE位，进入保护模式！！

movl �x, %cr0

很简单嘛 :~)

\# Jump to the 32-bit entrypoint 进入32位程序段

.byte 0x66, 0xea \# ljmpl opcode 跳转指令码 (为什么不用汇编呢?不太清楚)

2: .long 0 \# offset 偏移地址

.word \_\_BOOT\_CS \# segment 段 类似于 ljmp segment : offset;

.size protected\_mode\_jump, .-protected\_mode\_jump

现在我们到哪儿了呢，想必大家都迷住了吧。我找了半天，终于找到了：

arch/i386/boot/compressed/head.s

\*\*\*\*\*\*\*\*\*\* head.S contains the 32-bit startup code.

NOTE!!! Startup happens at absolute address 0x00001000, which is

also where

\* the page directory will exist. The startup code will be

overwritten by

\* the page directory.

必定是跳转到这里了，Startup 被加载到绝对地址

0x00001000处。head.s的作用想必大家已经猜到了吧。既然在compressed文件夹中，肯定是和压缩有关的啦。对！

.text

\#include

.section ".text.head","ax",@progbits

.globl startup\_32 定义了startup\_32函数，从这儿开始执行

startup\_32: 程序开始……

接下来，startup\_32要检测是不是被加载到预定的位置了呢，怎么检查呢，这里用了一个技巧：

leal (0x1e4+4)(%esi), %esp 还记得 ESI中存的是boot\_params的地址吗？这条指令就是把

栈指针指向boot\_params的一个成员，而这个成员 u32 scratch就是专为程序检查是否被加载到预定位置设置的作

为栈使用的

call 1f 当 call时，一条指令的指针要入栈，就是保存到 scratch中了

1: popl �p 把指令指针放到 EBP中，EBP存的是当前的位置

subl $1b, �p 1b指的是指令在程序段中的偏移，两者之差，就是程序被加载的address了

\* �p contains the address we are loaded at by the boot loader and

�x

\* contains the address where we should move the kernel image

temporarily

\* for safe in-place decompression.

\* 现在 EBP中含有我们被加载的地址，而 EBX 中含有我们应该暂时把内核 image移动到的安全位置的地址

接着，就开始复制并移动内核，接着跳到移动后的地址开始执行，并为解压过程设置栈(stack)

\* Do the decompression, and jump to the new kernel..

\*开始解压缩，然后跳到新的内核开始执行

movl output\_len(�x), �x \#将参数依次入栈

pushl �x

pushl �p \# output address

movl input\_len(�x), �x

pushl �x \# input\_len

leal input\_data(�x), �x

pushl �x \# input\_data

leal \_end(�x), �x

pushl �x \# end of the image as third argument

pushl %esi \# real mode pointer as second arg

call decompress\_kernel

addl $20, %esp 恢复栈

popl �x

如果需要，还要再移动内核，然后：

\* Jump to the decompressed kernel.

xorl �x,�x

jmp \*�p EBP 中有解压后新内核的地址

先说下内核的的解压缩。

内核解压缩的 decompress\_kernel

在arch/i386/boot/compressed/misc.c中定义，

asmlinkage void decompress\_kernel(void \*rmode, unsigned long

end,

uch \*input\_data, unsigned long input\_len, uch \*output)

……

putstr("Uncompressing Linux... "); 很高兴啊，Uncompressing

Linux...

gunzip(); 是专门解压内核的gzip,它涉及到同目录下的relocs.c文件，

还有 lib/inflate.c(主要的解压例程)

putstr("Ok, booting the kernel.\\n"); 很熟悉吧，Ok,booting the

kernel.

return;

好了，继续下去，现在Linux应该是跳转到新的解压缩后的位置开始执行了吧(跳来跳去真辛苦啊)

到哪儿了呢？ 还是汇编～:( arch/i386/kernel/head.s

head.s文件，578L(行代码，不小啊，不过这算是最后一个啦，坚持哈)

head.s 虽然大，但很有条理：

重新设置段

把BSS段设置为0

把 boot\_params的参数重新COPY到安全的地方

Initialize page tables 初始化页表

为SMP设置页表(如果有的话)

\* Enable paging

movl $swapper\_pg\_dir-\_\_PAGE\_OFFSET,�x

movl �x,%cr3 \# set the page table pointer..设置页指针

movl %cr0,�x

orl $0x80000000,�x

movl �x,%cr0 \# ..and set paging (PG) bit 启动分页

ljmp $\_\_BOOT\_CS,$1f \# Clear prefetch and normalize %eip

设置EIP

lss stack\_start,%esp \#Set up the stack pointer 设置栈 指针

pushl $0 \#Initialize eflags. 把EFLAGES设置为0

popfl

检测 CPU 类型

setup\_idt 设置 IDT表

include arch/i386/xen/xen-head.S

…………

360(Line) jmp start\_kernel 跳转到 init/main.c

现在，终于熬过了 AT&T汇编 ，是不是很有成就感呢，下面的start\_kernel要是也讲习

懂了，Linux内核的其他部分，就不在话下了，加油啊，我现在水平还不够，只能列出start\_kernel源码,大家一同分析

513 asmlinkage void \_\_init start\_kernel(void)

........

至此，内核正常启动起来了。太高兴了，现在还没有研究到 start\_kernel 内部，再接再厉！！

在此，记录一篇比较详细的文章：

linux 启动过程综述：

startup/index.html

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