Linux 0.11 第 3 回 | 做好访问内存的最基础准备工作

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

第一回 最开始的两行代码

第二回 自己给自己挪个地儿

本系列的 GitHub 地址:点此访问

------- 正文开始-------

书接上回,上回书咱们说到,操作系统的代码最开头的 512 字节的数据,从硬盘的启动区先是被移动到了内存 0x7c00 处,然后又立刻被移动到 0x90000 处,并且跳转到此处往后再稍稍偏移 go 这个标签所代表的偏移地址处。

那我们接下来,就继续把我们的目光放在 go 这个标签的位置,跟着 CPU 的步伐往后看。

:movax,csmovds,axmoves,axmovss,axmovsp,#0xFF00

全都是 mov 操作,那好办了。

这段代码的直接意思很容易理解,就是把 cs 寄存器的值分别复制给 dses ss 寄存器,然后又把 0xFF00 给了 sp 寄存器。

回顾下 CPU 寄存器图。

cs 寄存器表示代码段寄存器,CPU 当前正在执行的代码在内存中的位置,就是由 cs:ip 这组寄存器配合指向的,其中 cs 是基址,ip 是偏移地址。

由于之前执行过一个段间跳转指令,还记得不?

jmpigo,0x9000

所以现在 cs 寄存器里的值就是 0x9000,ip 寄存器里的值是 go 这个标签的偏移地址。那这三个 mov 指令就分别给 ds、es 和 ss 寄存器赋值为了 0x9000。

ds 为数据段寄存器,之前我们说过了,当时它被复制为 0x07c0,是因为之前的代码在 0x7c00 处,现在代码已经被挪到了 0x90000 处,所以现在自然又改赋值为 0x9000 了。

es 是扩展段寄存器,仅仅是个扩展,不是主角,先不用理它。

ss 为栈段寄存器,后面要配合栈基址寄存器 sp 来表示此时的栈顶地址。而此时 sp 寄存器被赋值为了 0xFF00 了,所以目前的栈顶地址就是 ss:sp 所指向的地址 0x9FF00 处。

其实到这里,操作系统的一些最最最最基础的准备工作,就做好了。都做了些啥事呢?

第一,代码从硬盘移到内存,又从内存挪了个地方,放在了 0x90000 处。

第二数据段寄存器 ds代码段寄存器 cs 此时都被设置为了 0x9000,也就为跳转代码和访问内存数据,奠定了同一个内存的基址地址,方便了跳转和内存访问,因为仅仅需要指定偏移地址即可了。

第三,栈顶地址被设置为了 0x9FF00,具体表现为栈段寄存器 ss 为 0x9000,栈基址寄存器 sp 为 0xFF00。栈是向下发展的,这个栈顶地址 0x9FF00 要远远大于此时代码所在的位置 0x90000,所以栈向下发展就很难撞见代码所在的位置,也就比较安全。这也是为什么给栈顶地址设置为这个值的原因,其实只需要离代码的位置远远的即可。

做好这些基础工作后,接下来就又该折腾了其他事了。

总结拔高一下,这一部分其实就是把代码段寄存器 cs数据段寄存器 ds栈段寄存器ss栈基址寄存器 sp 分别设置好了值,方便后续使用。

再拔高一下,其实操作系统在做的事情,就是给如何访问代码,如何访问数据,如何访问栈进行了一下内存的初步规划。其中访问代码和访问数据的规划方式就是设置了一个基址而已,访问栈就是把栈顶指针指向了一个远离代码位置的地方而已。

所以,千万别多想,就这么点事儿。那再给大家留个作业,把当前的内存布局画出来,告诉我现在 cs、ip、ds、ss、sp这些寄存器的值,在内存布局中的位置。

好了,接下来我们应该干什么呢?我们回忆下,我们目前仅仅把硬盘中 512 字节加载到内存中了,但操作系统还有很多代码仍然在硬盘里,不能抛下他们不管呀。

所以你猜下一步要干嘛了?

后面的世界越来越精彩,欲知后事如何,且听下回分解。