原创 深入理解linux内核读书笔记1--系统启动
时间：2010-12-20 来源：wolf_london
史前时代－－BIOS阶段：
计算机在加电的后，一个特殊的硬件会在cpu的引脚处，产生RESET信号，cpu的部分寄存器（cs, eip）
就会被设定为固定的值，然后执行在oxfffffff0（位于CMOS）处的代码，即BIOS。BIOS是一个小型
的操作系统，所以linux内核在初始启动过程中也部分依赖BIOS来工作。此时，执行的BIOS，
是处于实模式（real mode）的。实模式下的地址，分为逻辑地址和线性地址（线性地址就是物理地址）。
逻辑地址就是段内地址。线性地址（物理地址）可以通过seg*16 + offset得到。seg＊16相当于左移4位。
CPU此时寻址，不需要全局描述符表，局部描述符表或者页表把逻辑地址转换为物理地址。GDT，LDT和页表的
初始化代码必须在实模式下运行。
BISO启动过程执行的步骤：
1.POST(power-on self test)开机自检。检测那些有哪些设备，以及这些设备是否正常工作。
2.初始化硬件设备，这个在现代的基于PCI体系结构的PC非常重要，可以保证硬件设备操作不会引起
IRQ（中断请求）和I／O端口的冲突。完成后，会显示系统中安装的所有PCI设备的一个列表。LINUX内核
在后来会自己初始化硬件设备，不依赖BIOS的初始化。
3.扫描主引导记录（MBR）--第一块硬盘的第一个扇区（512字节），把扇区里的代码拷贝到RAM（内存）的Ox7c00处。然后跳转到这个地方，开始执行拷贝过来的代码，也即开始执行boot loader了。
远古时代：引导装入程序
boot loader用来把内核映像加载到RAM中。这个boot loader做的事情就是，在自己被BIOS移到0x7c00处
，并跳转到这儿执行后，就把自己移到0x96a00,建立实模式栈（0x98000-0x969ff),并且把并把boot loader第二部分装入到0x96c00处，第二个部分，从磁盘读取可用的操作系统，供用户读取（菜单模式）,用户选取相应的
菜单以后，boot loader就把相应的内核模块加载到RAM（如果使用二级引导(chainloader)的话，就拷贝相应分区的引导扇区）。
步骤：
1.调用BIOS中断，显示Loading信息。
2.调用BIOS中断，从磁盘加载内核映像的初始部分：即将内核映像的第一个512字节从地址0x00090000开始存入RAM中，将setup()函数代码存入到从内存0x00090200处，setup()函数的指令代码存放在内核映像偏移地址0x200处。
3.调用BIOS中断，从磁盘装载其余的内核映像，并吧内核映像放入内存的0x00100000处.
4.跳转到setup()函数.
中世纪： setup()函数
setup()汇编函数，由链接器装入到内核映像的0x200偏移处。boot loader可以很容易的把它加载到内存的0x00090200处（见上2）。setup()函数必须初始化硬件中的大部分设备，我们说过linux不依赖BIOS来初始化硬件。
setup()执行下面的操作：
1.在ACPI兼容系统里，它调用BIOS中断，在RAM中建立物理内存的分布表（layout)，在早期的linux系统中，它调用BIOS中断，返回系统的可用内存。
2.设置键盘重复延时和速率（repeat delay and rate)。
3.初始化视频适配器卡（vedio adapter card)。
4.重新初始化磁盘控制器并测定磁盘参数。
5.检查ibm的微通道总线（Micro Channel bus --MCA)
6.检查ps/2指针设备（总线鼠标）
7.检查高级电源管理（APM）BIOS支持。
8.如果BIOS支持增强磁盘驱动服务（EDD），它调用相应的BIOS中中断在内存中建立一个系统可用
硬盘表。（表中的信息，可用通过读取sysfs特殊文件系统中的firmware/edd目录看到。）
9.
10.设置8042键盘控制器的A20引脚,A20引脚是在80286引入的－能够使物理地址和早期的8088微处理器兼容的一项基本措施。不幸的是，在切换到保护模式之前，A20引脚必须被正确的设置。否则，每个物理地址的21位将被CPU认为是0。
11.建立一个临时的中断描述符表，（IDT），和一个临时的全局描述符表（GDT）。
12.如果有的话，重置浮点单元（FPU).
13.重新对可编程中断控制器（PIC）编程，来屏蔽所有的中断，但不包括IRQ2，因为它是两个可编程终端控制器的几级联中断。
14.把CPU从实模式切换到保护模式，通过设置CR0控制寄存器的PE位为0。CR0寄存器的PG位被清零，此时分页还没有激活。
15.跳转到startup_32()汇编函数处。
文艺复兴时代：startup_32函数
有两个不同的startup_32()函数，我们这里说的在arch/i386/boot/compressed/head.S。
setup()函数结束之后，startup_32()被移到0x00100000处。此函数执行下面的操作：
1.初始化段寄存器和一个临时战。
2.把eflags寄存器是所有位清零。
3.用0填充_edata和_end符号标识的未初始化内核数据。
4.调用decompress_kernel()函数解压内核映像。首先显示Uncompressing Linux...信息。
内核映像被解压后，显示OK,booting the kernel。解压的内核被放置在压缩的内核后面的临时缓冲区里。解压缩的内核映像接着被移到从0x00100000开始的位置(覆盖了原来压缩的内核)。
5.跳转到物理地址0x00100000处。
解压缩的内核从另一个startup_32()函数开始（rch/i386/kernel/head.S）。这个starup_32()函数为第一个linux进程（0号进程）建立可执行环境。函数执行下面的操作：
1.用最终值初始化段寄存器。
2.用0填充内核的bss段。
3.初始化包含在swapper_pg_dir里的临时内核页表 和pg0，把线性地址映射到同一个物理地址。
4.存储页全局目录地址到CR3控制寄存器里，并把CR0的PG位置1，激活分页。
5.为0号进程建立内核模式栈。
6.再次对eflags标志寄存器清零。
7.调用setup_idt()函数把中断描述符表设置为空。
8.把从BIOS获得的系统参数和传递给系统的参数放置在第一页框里。
9.识别处理器的型号。
10.用GDT和IDT填充gdtr和idtr寄存器。
11.跳转到start_kernel()函数。
现代： start_kernel()函数
start_kernel()函数完成linux内核的初始化工作，几乎每个内核组件都是由这个函数初始化的。
计算机在加电的后，一个特殊的硬件会在cpu的引脚处，产生RESET信号，cpu的部分寄存器（cs, eip）
就会被设定为固定的值，然后执行在oxfffffff0（位于CMOS）处的代码，即BIOS。BIOS是一个小型
的操作系统，所以linux内核在初始启动过程中也部分依赖BIOS来工作。此时，执行的BIOS，
是处于实模式（real mode）的。实模式下的地址，分为逻辑地址和线性地址（线性地址就是物理地址）。
逻辑地址就是段内地址。线性地址（物理地址）可以通过seg*16 + offset得到。seg＊16相当于左移4位。
CPU此时寻址，不需要全局描述符表，局部描述符表或者页表把逻辑地址转换为物理地址。GDT，LDT和页表的
初始化代码必须在实模式下运行。
BISO启动过程执行的步骤：
1.POST(power-on self test)开机自检。检测那些有哪些设备，以及这些设备是否正常工作。
2.初始化硬件设备，这个在现代的基于PCI体系结构的PC非常重要，可以保证硬件设备操作不会引起
IRQ（中断请求）和I／O端口的冲突。完成后，会显示系统中安装的所有PCI设备的一个列表。LINUX内核
在后来会自己初始化硬件设备，不依赖BIOS的初始化。
3.扫描主引导记录（MBR）--第一块硬盘的第一个扇区（512字节），把扇区里的代码拷贝到RAM（内存）的Ox7c00处。然后跳转到这个地方，开始执行拷贝过来的代码，也即开始执行boot loader了。
远古时代：引导装入程序
boot loader用来把内核映像加载到RAM中。这个boot loader做的事情就是，在自己被BIOS移到0x7c00处
，并跳转到这儿执行后，就把自己移到0x96a00,建立实模式栈（0x98000-0x969ff),并且把并把boot loader第二部分装入到0x96c00处，第二个部分，从磁盘读取可用的操作系统，供用户读取（菜单模式）,用户选取相应的
菜单以后，boot loader就把相应的内核模块加载到RAM（如果使用二级引导(chainloader)的话，就拷贝相应分区的引导扇区）。
步骤：
1.调用BIOS中断，显示Loading信息。
2.调用BIOS中断，从磁盘加载内核映像的初始部分：即将内核映像的第一个512字节从地址0x00090000开始存入RAM中，将setup()函数代码存入到从内存0x00090200处，setup()函数的指令代码存放在内核映像偏移地址0x200处。
3.调用BIOS中断，从磁盘装载其余的内核映像，并吧内核映像放入内存的0x00100000处.
4.跳转到setup()函数.
中世纪： setup()函数
setup()汇编函数，由链接器装入到内核映像的0x200偏移处。boot loader可以很容易的把它加载到内存的0x00090200处（见上2）。setup()函数必须初始化硬件中的大部分设备，我们说过linux不依赖BIOS来初始化硬件。
setup()执行下面的操作：
1.在ACPI兼容系统里，它调用BIOS中断，在RAM中建立物理内存的分布表（layout)，在早期的linux系统中，它调用BIOS中断，返回系统的可用内存。
2.设置键盘重复延时和速率（repeat delay and rate)。
3.初始化视频适配器卡（vedio adapter card)。
4.重新初始化磁盘控制器并测定磁盘参数。
5.检查ibm的微通道总线（Micro Channel bus --MCA)
6.检查ps/2指针设备（总线鼠标）
7.检查高级电源管理（APM）BIOS支持。
8.如果BIOS支持增强磁盘驱动服务（EDD），它调用相应的BIOS中中断在内存中建立一个系统可用
硬盘表。（表中的信息，可用通过读取sysfs特殊文件系统中的firmware/edd目录看到。）
9.
10.设置8042键盘控制器的A20引脚,A20引脚是在80286引入的－能够使物理地址和早期的8088微处理器兼容的一项基本措施。不幸的是，在切换到保护模式之前，A20引脚必须被正确的设置。否则，每个物理地址的21位将被CPU认为是0。
11.建立一个临时的中断描述符表，（IDT），和一个临时的全局描述符表（GDT）。
12.如果有的话，重置浮点单元（FPU).
13.重新对可编程中断控制器（PIC）编程，来屏蔽所有的中断，但不包括IRQ2，因为它是两个可编程终端控制器的几级联中断。
14.把CPU从实模式切换到保护模式，通过设置CR0控制寄存器的PE位为0。CR0寄存器的PG位被清零，此时分页还没有激活。
15.跳转到startup_32()汇编函数处。
文艺复兴时代：startup_32函数
有两个不同的startup_32()函数，我们这里说的在arch/i386/boot/compressed/head.S。
setup()函数结束之后，startup_32()被移到0x00100000处。此函数执行下面的操作：
1.初始化段寄存器和一个临时战。
2.把eflags寄存器是所有位清零。
3.用0填充_edata和_end符号标识的未初始化内核数据。
4.调用decompress_kernel()函数解压内核映像。首先显示Uncompressing Linux...信息。
内核映像被解压后，显示OK,booting the kernel。解压的内核被放置在压缩的内核后面的临时缓冲区里。解压缩的内核映像接着被移到从0x00100000开始的位置(覆盖了原来压缩的内核)。
5.跳转到物理地址0x00100000处。
解压缩的内核从另一个startup_32()函数开始（rch/i386/kernel/head.S）。这个starup_32()函数为第一个linux进程（0号进程）建立可执行环境。函数执行下面的操作：
1.用最终值初始化段寄存器。
2.用0填充内核的bss段。
3.初始化包含在swapper_pg_dir里的临时内核页表 和pg0，把线性地址映射到同一个物理地址。
4.存储页全局目录地址到CR3控制寄存器里，并把CR0的PG位置1，激活分页。
5.为0号进程建立内核模式栈。
6.再次对eflags标志寄存器清零。
7.调用setup_idt()函数把中断描述符表设置为空。
8.把从BIOS获得的系统参数和传递给系统的参数放置在第一页框里。
9.识别处理器的型号。
10.用GDT和IDT填充gdtr和idtr寄存器。
11.跳转到start_kernel()函数。
现代： start_kernel()函数
start_kernel()函数完成linux内核的初始化工作，几乎每个内核组件都是由这个函数初始化的。
相关阅读 更多 +
