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操作系统哈工大李治军学习笔记(1)

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操作系统启动过程

1. 打开电源，计算机执行的第一句指令什么?

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x86指令计算机的数据线有16根，所以其寄存器都是16位，而其数据线为20根，所以其物理地址的位数为20位，16位寄存器要想寻20位的物理地址可以按照：物理地址 = 段地址左移4位 + 偏移地址 来实现，当操作系统处于实模式的时候，其寻址方式为CS:IP(CS左移4位+IP)。

当计算机开机时，内存中就已经固化了一部分指令，即ROM BIOS映射区，我们从这里开始执行指令，然后将0磁道0扇区的内容读到内存(512字节)，0磁道0扇区即为引导扇区。

2. 引导扇区代码

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如图所示，引导扇区代码使用汇编语言编写，他的主要工作就是先把自己的256个字移动位置(为system模块腾空间)，然后读setup的4个扇区，最后把system读入内存，打出开机logo，转向setup代码。

3. setup模块

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如上图，首先进行int 0x15来获取内存大小，放到ax中，然后放到内存中，然后将system模块放到内存的0地址处。

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cr0是一个32位寄存器，如果其最后一位置为1，那么计算机就进入保护模式，即寻址方式发生了改变。

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保护模型下，我们需要有GDT来实现32位地址的寻址，这里cs变成了GDT的选择子，物理地址 = cs查表+ip。

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我们需要初始化一下GDT，GDT的每个表项是64位的，而我们是按字节寻址的，所以第二个表项的地址为8。

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上图展示了GDT中表项与32位基址的对应关系，所以我们setup模块中jmpi 0, 8，最终指到了0x00000处，即为system模块。

4. system模块

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如上图，我们操作系统最后要形成image(镜像)来放到磁盘上，它的结构必须是图上所示的结构。system模块的第一部分代码是head.s，system模块依赖于head.o、main.o…..，而这些文件又依赖于.s文件(如head.s)和.c文件(如main.c)等源码文件，最终将这些.o文件链接成system模块。

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head.s文件继续初始化GDT然后jmp after_page_table。

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after_page_table将调用main.c代码，将其入栈，操作系统的mian是一个永不停止的函数，如果main返回，则死机。

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main.c进行各种数据结构的初始化。

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这里以内存初始化为例，end_mem算出来是空闲内存的大小，我们这里将内存按页划分，每一页4kb，所以end_mem先右移12位，对应4kb，然后将空闲内存状态置为0，表示空闲。