Linux
0.01系统分析
1．先了解makefile文件，系统主要是生成build可执行文件，解释如下：
首先，把system（二进制文件），拷贝到kernel中；
然后，把boot（二进制文件）连接成一个image映像文件（除掉注释和评论）。使用自带连接工具build。
其中，system（二进制文件）由head.o，main.o，mm.o，fs.o，kernel.o与lib.a编译生成。而mm.o，fs.o，kernel.o与lib.a是通过编译各自目录下的文件生成。
2．Boot概览：
首先，系统启动后，设置各段寄存器地址，如下：
|
寄存器 |
寄存器 |
||
|
名称 |
内容 |
名称 |
内容 |
|
CS |
* |
GS |
* |
|
DS |
07C0 |
DI |
* |
|
ES |
9000 |
SI |
* |
|
FS |
* |
BP |
* |
|
SS |
* |
SP |
* |
把启动的512字节移动到0x9000:0000处，然后执行jmpi go, INITSEG
（注意：jmpl把偏移地址go送往IP，把段地址INITSEG送往CS）
也即执行go标签下的代码，但是CS内容改变了。
更新各寄存器地址：
|
寄存器 |
寄存器 |
||
|
名称 |
内容 |
名称 |
内容 |
|
CS |
9000 |
GS |
* |
|
DS |
9000 |
DI |
* |
|
ES |
9000 |
SI |
* |
|
FS |
* |
BP |
* |
|
SS |
9000 |
SP |
0400 |
输出信息：Loading system ...
重新设置寄存器
|
寄存器 |
寄存器 |
||
|
名称 |
内容 |
名称 |
内容 |
|
CS |
9000 |
GS |
* |
|
DS |
9000 |
DI |
* |
|
ES |
1000 |
SI |
* |
|
FS |
* |
BP |
* |
|
SS |
9000 |
SP |
0400 |
调用Read_it：把系统代码放在0x1000:0000（注意，起始的64KB先保留）
调用Kill_motor：关闭软盘驱动器
保存当前光标位置，保存的地址0x90510，注意后面需要引用该地址。
关闭中断：因为在进入保护模式的过程中，是不能有中断产生（NMI例外）。
又一次需要改动段寄存器内容：
|
寄存器 |
寄存器 |
||
|
名称 |
内容 |
名称 |
内容 |
|
CS |
9000 |
GS |
* |
|
DS |
9000（变化中） |
DI |
* |
|
ES |
0000 |
SI |
* |
|
FS |
* |
BP |
* |
|
SS |
9000 |
SP |
0400 |
把系统代码再一次移动到0x0000:0000处，每次移动64KB。
移动完毕，再一次更新寄存器内容：
|
寄存器 |
寄存器 |
||
|
名称 |
内容 |
名称 |
内容 |
|
CS |
9000 |
GS |
* |
|
DS |
9000 |
DI |
* |
|
ES |
0000 |
SI |
* |
|
FS |
* |
BP |
* |
|
SS |
9000 |
SP |
0400 |
装载IDT与GDT：这里装载的IDT和GDT供临时使用。
设置A20
（IN与OUT命令形式：IN 数据寄存器， 端口地址；
OUT 端口地址，数据寄存器）
首先介绍一下可编程中断控制器8259：8259是一个有多个中断输入，5个外部中断、DMA中断和3个定时器中断，其中主中断控制器地址为：0x0020。可编程中断控制器有俩，一个端口地址为20~3F，一个为A0~BF。其中端口20为中断命令寄存器，端口21为中断屏蔽寄存器。两个寄存器内容如下：
|
端口 |
打印机 |
软盘 |
硬盘 |
串口1 |
串口2 |
保留 |
键盘 |
定时器 |
|
21 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
端口 |
R |
SL |
EOI |
0 |
0 |
L2 |
L1 |
L0 |
|
20 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
说明：L0~L2指定最低优先级的中断请求（IR0~IR7）；SL（Set Level）和R（Rotate）设置中断优先级的顺序。EOI（End Of Interrupt）中断结束位，在中断处理完毕后，EOI应该置1。
对于中断屏蔽寄存器，置0，允许；置1，禁止。
对于这段代码，我的理解是：
设置主从中断控制器，然后禁止所有中断。
设置PE位（进入保护模式）
跳转指令jmpi 0, 8（偏移量0传递给EIP，段选择子8传递给CS；8：1000，全局描述符表，特权级别0，第1个段）。
观察此时GDT、IDT以及GDTR、IDTR
GDTR和IDTR如下：
|
|
基地址（32Bit） |
界限 |
|
IDTR |
0x00000000 |
0x0000 |
|
GDTR |
0x00090000 + gdt |
0x0800 |
|
说明 |
中断向量表先不考虑，临时全局描述符表在0x00090000 + gdt处。 |
|
GDT如下（IDT不存在）：
|
IDT |
描述符名称 |
实际物理地址 |
属性描述 |
|
|
高字节 |
低字节 |
|||
|
0 |
0 |
NULL描述符 |
0x00090000 + gdt |
|
|
0 |
0 |
0x00090000 + gdt+2 |
|
|
|
0 |
0 |
0x00090000 + gdt+4 |
|
|
|
0 |
0 |
0x00090000 + gdt+6 |
|
|
|
|
||||
|
07 |
FF |
代码段描述符 |
0x00090000 + gdt+8 |
基地址：0x00000000 |
|
00 |
00 |
0x00090000 + gdt+10 |
界限：0x007FF*4K |
|
|
9A |
00 |
0x00090000 + gdt+12 |
9A：代码段，可被读等 |
|
|
00 |
C0 |
0x00090000 + gdt+14 |
C：G=1，4Kb分页；D=1，32位；段有效 |
|
|
|
||||
|
07 |
FF |
数据段描述符 |
0x00090000 + gdt+16 |
基地址：0x00000000 |
|
00 |
00 |
0x00090000 + gdt+18 |
界限：0x007FF*4K |
|
|
92 |
00 |
0x00090000 + gdt+20 |
92：数据段，可被写等 |
|
|
00 |
C0 |
0x00090000 + gdt+22 |
C：G=1，4Kb分页；D=1，32位；段有效 |
|
到这里，Boot启动完毕，程序跳转到0x000000000继续执行，让我们去0x00000000那里看看吧！
——2003年6月24日夜
——Freos项目小组：Frank Wonga
3．System代码（也就是操作系统代码）
从启动分析可知，boot完毕后，代码应该跳转到0x00000000绝对物理地址处，也就是head.s代码编译后在内存中存放的地址。因此要先分析head.s。
Head.s分析：
首先设置各寄存器：
|
寄存器 |
寄存器 |
||
|
名称 |
内容 |
名称 |
内容 |
|
CS |
0008 |
GS |
0010 |
|
DS |
0010 |
DI |
* |
|
ES |
0010 |
SI |
* |
|
FS |
0010 |
BP |
* |
|
SS |
*（9000？） |
ESP |
stack_start |
建立IDT和GDT：这里建立的才是最后系统真正采用的。
重新设置各寄存器：因为IDT和GDT表更新了，其实各寄存器内容不变。这叫脱裤子放屁。
|
寄存器 |
寄存器 |
||
|
名称 |
内容 |
名称 |
内容 |
|
CS |
0008 |
GS |
0010 |
|
DS |
0010 |
DI |
* |
|
ES |
0010 |
SI |
* |
|
FS |
0010 |
BP |
* |
|
SS |
*（9000？） |
ESP |
stack_start |
检查A20是否设置了。
检查PG，ET，PE，看是否有387（浮点运算CPU？）
GDT、IDT表设置好了，应该设置分页技术了，跳转到after_page_tables。
现在最主要是关注SS和ESP：
|
寄存器 |
寄存器 |
||
|
名称 |
内容 |
名称 |
内容 |
|
SS |
*（9000？） |
ESP |
stack_start |
（个人认为，为什么不把SS也设置为0010？）
|
SS内容（每个单元4字节） |
ESP所指地址 |
|
|
堆栈顶端 |
stack_start |
|
|
0 |
stack_start-4 |
Main函数的入口参数，实际上没有用 |
|
0 |
stack_start-8 |
|
|
0 |
stack_start-12 |
|
|
L6 |
stack_start-16 |
Main函数跳出后进入死循环 |
|
main |
stack_start-20 |
Main函数入口地址 |
跳转到setup_paging：建立页。
建立页表，设置CR3、CR0中与页相关的位，然后Ret。
我们来看看Ret的用法：在32位状态下，（EIP）<- Pop（），也就是把main函数地址传递给EIP，因此，下一步是执行main（）函数啦！系统开始进入C语言编码时代，我们熟悉的C语言来了。
Main.c文件
在main（）函数中，
第一步：time_init()函数，读取CMOS中时间寄存器的（年月日时分秒）时间，并转换为从1970年起的秒时间，然后保存在全局变量startup_time中。
第二步：tty_init()函数，好象是串口通信？
第三步：trap_init()函数，设置自定义中断服务，（设置中断门，覆盖了原有中断？不妥吧？为什么不把原有中断移植过来呢？）
第四步：sched_init()函数，初始化系统调度进程，（把系统调度进程的任务状态段（TSS）和局部描述符表加入到全局描述符表中，并初始化这些描述符，然后装载任务寄存器和局部描述符表）
顺便浅析可编程定时器，在PC/AT上有三个内部独立的计数器，分别对应端口地址为：40H、41H、42H，它们有一个公用的控制寄存器端口为43H，控制寄存器如下：
|
位 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
用途 |
SC1 |
SC0 |
RL1 |
RL0 |
M2 |
M1 |
M0 |
BCD |
其中，SC0、SC1用来选择计数器，确定控制字是对那一个计数器初始化。
RL1、RL0，读写指示位：1、寄存器锁存操作，锁存当前计数值，以便读出。2、只读/写高位字节。3、只读/写低位字节。4、先读/写低字节，紧接着读写高字节。
M0、M1、M2、M3，选择操作模式（000~010）共有6种操作模式，决定输出脉冲的形状。
BCD位：选择计数器值的格式，0，计数值是二进制格式；1，计数值是BCD码。这个计数值在编程时作为与CLK输入频率相除的除数，最小为0001，最大为10000H（二进制时）或4000（十进制时）。（还是搞不明白？）
因此，计数器0，先读低字节再读高字节，模式3，二进制计数值，计数值0的初始值为0x2E9B，设置中断门20H为定时器中断，然后打开定时器中断，设置系统调用80。
（该调用的作用是：如果调用成功，保存当前DS、ES、FS、EDX、ECX、EBX，然后把DS、ES指向内核数据段，FS指向局部数据段（第三个段？）），然后查找系统调用表，启动对应的系统调用？调用完毕，保存EAX（也就是系统函数返回值？），把当前任务地址放到EAX中，若当前任务状态不是运行状态，需要重新调整任务调度，然后判断当前任务的剩余的时间片（COUNTER）是否为0，如果为0，说明当前任务即将结束，需要重新调度，无论如何，获取新的当前任务地址，如果是任务0（核心任务），恢复现场，继续执行；然后判断是否是超级模式的任务？如果是，恢复现场，继续执行；然后判断堆栈段是否是第2个数据段，如果不是，恢复现场，继续执行；否则，就需要判断信号量，（哇，好复杂，头晕了，先跳过），最后仍然是恢复现场，继续执行。
初始化完schdule之后，还要初始化Buffer。（还是好复杂，跳过去），然后初始化硬盘。
打开中断，进入保护模式，好好看看怎么进入保护模式的：
#define move_to_user_mode() \
__asm__ ("movl %%esp,%%eax\n\t" \ /*把ESP保存在EAX中*/
"pushl $0x17\n\t" \ /*把第2个段压栈*/
"pushl %%eax\n\t" \ /*把第EAX压栈*/
"pushfl\n\t" \ /*把FLAG压栈*//
"pushl $0x0f\n\t" \ /*把0X0F压栈*/
"pushl $1f\n\t" \ /*把下面的标签1地址压栈*/
"iret\n" \ /*EIP为标签1的地址，CS为0FH，FLAGS恢复原值*/
"1:\tmovl $0x17,%%eax\n\t" \ /*设置，DS、ES、FS、GS均指向第2个段*/
"movw %%ax,%%ds\n\t" \
"movw %%ax,%%es\n\t" \
"movw %%ax,%%fs\n\t" \
"movw %%ax,%%gs" \
:::"ax")
系统进入用户级别模式，然后继续下面的程序，先Fork一个内核出来？完毕，就循环等待，任务0的等待意味着系统空闲。到此，系统启动完成，然后操作权就交给了用户。