【从头到脚品读 Linux 0.11 源码】第一回 最开始的两行代码

从这一篇开始,您就将跟着我一起进入这操作系统的梦幻之旅!

别担心,每一章的内容会非常的少,而且你也不要抱着很大的负担去学习,只需要像读小说一样,跟着我一章一章读下去就好。

话不多说,直奔主题。当你按下开机键的那一刻,在主板上提前写死的固件程序 BIOS 会将硬盘中启动区的 512 字节的数据,原封不动复制到内存中的 0x7c00 这个位置,并跳转到那个位置进行执行。

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启动区的定义非常简单,只要硬盘中的 0 盘 0 道 1 扇区的 512 个字节的最后两个字节分别是 0x55 和 0xaa,那么 BIOS 就会认为它是个启动区。

所以对于我们理解操作系统而言,此时的 BIOS 仅仅就是个代码搬运工,把 512 字节的二进制数据从硬盘搬运到了内存中而已。所以作为操作系统的开发人员,仅仅需要把操作系统最开始的那段代码,编译并存储在硬盘的 0 盘 0 道 1 扇区即可。之后 BIOS 会帮我们把它放到内存里,并且跳过去执行。

而 Linux-0.11 的最开始的代码,就是这个用汇编语言写的 bootsect.s,位于 boot 文件夹下。

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通过编译,这个 bootsect.s 会被编译成二进制文件,存放在启动区的第一扇区。

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随后就会如刚刚所说,由 BIOS 搬运到内存的 0x7c00 这个位置,而 CPU 也会从这个位置开始,不断往后一条一条语句无脑地执行下去。

那我们的梦幻之旅,就从这个文件的第一行代码开始啦!

mov ax,0x07c0
mov ds,ax

好吧,先连续看两行。

这段代码是用汇编语言写的,含义是把 0x07c0 这个值复制到 ax 寄存器里,再将 ax 寄存器里的值复制到 ds 寄存器里。那其实这一番折腾的结果就是,让 ds 这个寄存器里的值变成了 0x07c0。

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ds 是一个 16 位的段寄存器,具体表示数据段寄存器,在内存寻址时充当段基址的作用。啥意思呢?就是当我们之后用汇编语言写一个内存地址时,实际上仅仅是写了偏移地址,比如:

mov ax, [0x0001]

实际上相当于

mov ax, [ds:0x0001]

ds 是默认加上的,表示在 ds 这个段基址处,往后再偏移 0x0001 单位,将这个位置的内存数据,复制到 ax 寄存器中。

形象地比喻一下就是,你和朋友商量去哪玩比较好,你说天安门、南锣鼓巷、颐和园等等,实际上都是偏移地址,省略了北京市这个基址

当然你完全可以说北京天安门、北京南锣鼓巷这样,每次都加上北京这个前缀。不过如果你事先和朋友说好,以下我说的地方都是北京市里的哈,之后你就不用每次都带着北京市这个词了,是不是很方便?

那 ds 这个数据段寄存器的作用就是如此,方便了描述一个内存地址时,可以省略一个基址,没什么神奇之处。

 

ds : 0x0001

北京市 : 南锣鼓巷

 

再看,这个 ds 被赋值为了 0x07c0,由于 x86 为了让自己在 16 位这个实模式下能访问到 20 位的地址线这个历史因素(不了解这个的就先别纠结为啥了),所以段基址要先左移四位。那 0x07c0 左移四位就是 0x7c00,那这就刚好和这段代码被 BIOS 加载到的内存地址 0x7c00 一样了。

也就是说,之后再写的代码,里面访问的数据的内存地址,都先默认加上 0x7c00,再去内存中寻址。

为啥统一加上 0x7c00 这个数呢?这很好解释,BIOS 规定死了把操作系统代码加载到内存 0x7c00,那么里面的各种数据自然就全都被偏移了这么多,所以把数据段寄存器 ds 设置为这个值,方便了以后通过这种基址的方式访问内存里的数据。

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OK,赶紧消化掉前面的知识,那本篇就到此为止,只讲了两行代码,知识量很少,我没骗你吧。

希望你能做到,对 BIOS 将操作系统代码加载到内存 0x7c00,以及我们通过 mov 指令将默认的数据段寄存器 ds 寄存器的值改为 0x07c0 方便以后的基址寻址方式,这两件事在心里认可,并且没有疑惑,这才方便后面继续进行。

后面的世界越来越精彩,欲知后事如何,且听下回分解。

 

------- 本回扩展资料 -------

 

有关寄存器的详细信息,可以参考 Intel 手册:

Volume 1 Chapter 3.2 OVERVIEW OF THE BASIC EXECUTION ENVIRONMEN

有关计算机启动部分的原理如果还不清楚,可以看我之前的一篇文章了解一下:

计算机的启动过程

如果想了解计算机启动时详细的初始化过程,还是得参考 Intel 手册:

Volume 3A Chapter 9 PROCESSOR MANAGEMENT AND INITIALIZATION

 

------- 关于本系列 -------

 

本系列的开篇词看这

开篇词

本系列的扩展资料看这,这里有很多有趣的资料、答疑、互动参与项目,持续更新中,希望有你的参与。

https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk

本系列全局视角

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最后,祝大家都能追更到系列结束,只要你敢持续追更,并且把每一回的内容搞懂,我就敢让你在系列结束后说一句,我对 Linux 0.11 很熟悉。

另外,本系列完全免费,希望大家能多多传播给同样喜欢的人,同时给我的 GitHub 项目点个 star,这些就足够让我坚持写下去了!我们下回见。

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