Linux的初始内核自解压分析

(2009-03-27 19:46:46)

标签：

it

Linux的初始内核解压

2007-09-19 15:02 来源：论坛整理 作者：lucian_yao 【网友评论0条 我要说两句】 【字号：大 中

小】

关于Linux的初始内核解压比较详细的资料 概述

1)Linux的初始内核映象以gzip压缩文件的格式存放在zImage或bzImage之中，

内核的自举代码将它解压到1M内存开始处.在内核初始化时， 如果加载了压缩的initrd映象， 内核会将它解压到内存盘中，

这两处解压过程都使用了lib/inflate.c文件.

2)inflate.c是从gzip源程序中分离出来的， 包含了一些对全局数据的直接引用，

在使用时需要直接嵌入到代码中.gzip压缩文件时总是在前32K字节的范围内寻找重复的字符串进行编码，

在解压时需要一个至少为32K字节的解压缓冲区，它定义为window[WSIZE].inflate.c使用get_byte()读取输入文件，

它被定义成宏来提高效率.输入缓冲区指针必须定义为inptr，

inflate.c中对之有减量操作.inflate.c调用flush_window()来输出window缓冲区中的解压出的字节串，

每次输出长度用outcnt变量表示.在flush_window()中， 还必须对输出字节串计算CRC并且刷新crc变量.

在调用gunzip()开始解压之前，调用makecrc()初始化CRC计算表. 最后gunzip()返回0表示解压成功.

3)zImage或bzImage由16位引导代码和32位内核自解压映象两个部分组成.

对于zImage，内核自解压映象被加载到物理地址0x1000， 内核被解压到1M的部位. 对于bzImage，

内核自解压映象被加载到1M开始的地方，内核被解压为两个片段，

一个起始于物理地址0x2000-0x90000，另一个起始于高端解压映象之后，离1M开始处不小于低端片段最大长度的区域.

解压完成后，这两个片段被合并到1M的起始位置.

解压根内存盘映象文件的代码

--------------------------

； drivers/block/rd.c

#ifdef BUILD_CRAMDISK

#define OF(args) args ； 用于函数原型声明的宏

#ifndef memzero

#define memzero(s， n) memset ((s)， 0， (n))

#endif

typedef unsigned char uch； 定义inflate.c所使用的3种数据类型

typedef unsigned short ush；

typedef unsigned long ulg；

#define INBUFSIZ 4096 用户输入缓冲区尺寸

#define WSIZE 0x8000

static uch *inbuf； 用户输入缓冲区，与inflate.c无关

static uch *window； 解压窗口

static unsigned insize；

static unsigned inptr；

static unsigned outcnt；

static int exit_code；

static long bytes_out； 总解压输出长度，与inflate.c无关

static struct file *crd_infp， *crd_outfp；

#define get_byte() (inptr

一些调试宏

#define Assert(cond，msg)

#define Trace(x)

#define Tracev(x)

#define Tracevv(x)

#define Tracec(c，x)

#define Tracecv(c，x)

#define STATIC static

static int fill_inbuf(void)；

static void flush_window(void)；

static void *malloc(int size)；

static void free(void *where)；

static void error(char *m)；

static void gzip_mark(void **)；

static void gzip_release(void **)；

#include "../../lib/inflate.c"

static void __init *malloc(int size)

{

return kmalloc(size， GFP_KERNEL)；

}

static void __init free(void *where)

{

kfree(where)；

}

static void __init gzip_mark(void **ptr)

{

； 读取用户一个标记

}

static void __init gzip_release(void **ptr)

{

； 归还用户标记

}

static int __init fill_inbuf(void) 填充输入缓冲区

{

if (exit_code) return -1；

insize =

crd_infp->f_op->read(crd_infp， inbuf，

INBUFSIZ，

if (insize == 0) return -1；

inptr = 1；

return inbuf[0]；

}

static void __init flush_window(void)

输出window缓冲区中outcnt个字节串

{

ulg c = crc；

unsigned n；

uch *in， ch；

crd_outfp->f_op->write(crd_outfp，

window， outcnt，

in = window；

for (n = 0； n ch = *in++；

c = crc_32_tab[((int)c ^ ch) 0xff] ^ (c

>> 8)； 计算输出串的CRC

}

crc = c；

bytes_out += (ulg)outcnt； 刷新总字节数

outcnt = 0；

}

static void __init error(char *x) 解压出错调用的函数

{

printk(KERN_ERR "%s"， x)；

exit_code = 1；

}

static int __init

crd_load(struct file * fp， struct file *outfp)

{

int result；

insize = 0；

inptr = 0；

outcnt = 0；

exit_code = 0；

bytes_out = 0；

crc = (ulg)0xffffffffL；

crd_infp = fp；

crd_outfp = outfp；

inbuf = kmalloc(INBUFSIZ， GFP_KERNEL)；

if (inbuf == 0) {

printk(KERN_ERR "RAMDISK: Couldn't allocate gzip

buffer\n")；

return -1；

}

window = kmalloc(WSIZE， GFP_KERNEL)；

if (window == 0) {

printk(KERN_ERR "RAMDISK: Couldn't allocate gzip

window\n")；

kfree(inbuf)；

return -1；

}

makecrc()；

result = gunzip()；

kfree(inbuf)；

kfree(window)；

return result；

}

#endif

32位内核自解压代码

------------------

； arch/i386/boot/compressed/head.S

.text

#include ·

#include

.globl startup_32 对于zImage该入口地址为0x1000； 对于bzImage为0x101000

startup_32:

cld

cli

movl $(__KERNEL_DS)，%eax

movl %eax，%ds

movl %eax，%es

movl %eax，%fs

movl %eax，%gs

lss SYMBOL_NAME(stack_start)，%esp #

自解压代码的堆栈为misc.c中定义的16K字节的数组

xorl %eax，%eax

1: incl %eax # check that A20 really IS enabled

movl %eax，0x000000 # loop forever if it isn't

cmpl %eax，0x100000

je 1b

pushl $0

popfl

xorl %eax，%eax

movl $ SYMBOL_NAME(_edata)，%edi

movl $ SYMBOL_NAME(_end)，%ecx

subl %edi，%ecx

cld

rep

stosb

subl $16，%esp # place for structure on the stack

movl %esp，%eax

pushl %esi # real mode pointer as second arg

pushl %eax # address of structure as first arg

call SYMBOL_NAME(decompress_kernel)

orl %eax，%eax # 如果返回非零，则表示为内核解压为低端和高端的两个片断

jnz 3f

popl %esi # discard address

popl %esi # real mode pointer

xorl %ebx，%ebx

ljmp $(__KERNEL_CS)， $0x100000 # 运行start_kernel

3:

movl $move_routine_start，%esi

movl $0x1000，%edi

movl $move_routine_end，%ecx

subl %esi，%ecx

addl $3，%ecx

shrl $2，%ecx # 按字取整

cld

rep

movsl # 将内核片断合并代码复制到0x1000区域， 内核的片段起始为0x2000

popl %esi # discard the address

popl %ebx # real mode pointer

popl %esi # low_buffer_start 内核低端片段的起始地址

popl %ecx # lcount 内核低端片段的字节数量

popl %edx # high_buffer_start 内核高端片段的起始地址

popl %eax # hcount 内核高端片段的字节数量

movl $0x100000，%edi 内核合并的起始地址

cli # make sure we don't get interrupted

ljmp $(__KERNEL_CS)， $0x1000 # and jump to the move routine

move_routine_start:

movl %ecx，%ebp

shrl $2，%ecx

rep

movsl # 按字拷贝第1个片段

movl %ebp，%ecx

andl $3，%ecx

rep

movsb # 传送不完全字

movl %edx，%esi

movl %eax，%ecx # NOTE: rep movsb won't move if %ecx == 0

addl $3，%ecx

shrl $2，%ecx # 按字对齐

rep

movsl # 按字拷贝第2个片段

movl %ebx，%esi # Restore setup pointer

xorl %ebx，%ebx

ljmp $(__KERNEL_CS)， $0x100000 # 运行start_kernel

move_routine_end:

； arch/i386/boot/compressed/misc.c

#define OF(args) args

#define STATIC static

#undef memset

#undef memcpy

#define memzero(s， n) memset ((s)， 0， (n))

ypedef unsigned char uch；

typedef unsigned short ush；

typedef unsigned long ulg；

#define WSIZE 0x8000

static uch *inbuf；

static uch window[WSIZE]；

static unsigned insize = 0；

static unsigned inptr = 0；

static unsigned outcnt = 0；

#define ASCII_FLAG 0x01

#define CONTINUATION 0x02

#define EXTRA_FIELD 0x04

#define ORIG_NAME 0x08

#define COMMENT 0x10

#define ENCRYPTED 0x20

#define RESERVED 0xC0

#define get_byte() (inptr

#ifdef DEBUG

# define Assert(cond，msg) {if(!(cond)) error(msg)；}

# define Trace(x) fprintf x

# define Tracev(x) {if (verbose) fprintf x ；}

# define Tracevv(x) {if (verbose>1) fprintf x

；}

# define Tracec(c，x) {if (verbose (c)) fprintf x ；}

# define Tracecv(c，x) {if (verbose>1 (c)) fprintf

x ；}

#else

# define Assert(cond，msg)

# define Trace(x)

# define Tracev(x)

# define Tracevv(x)

# define Tracec(c，x)

# define Tracecv(c，x)

#endif

static int fill_inbuf(void)；

static void flush_window(void)；

static void error(char *m)；

static void gzip_mark(void **)；

static void gzip_release(void **)；

static unsigned char *real_mode；

#define EXT_MEM_K (*(unsigned short *)(real_mode + 0x2))

#ifndef STANDARD_MEMORY_BIOS_CALL

#define ALT_MEM_K (*(unsigned long *)(real_mode + 0x1e0))

#endif

#define SCREEN_INFO (*(struct screen_info *)(real_mode+0))

extern char input_data[]；

extern int input_len；

static long bytes_out = 0；

static uch *output_data；

static unsigned long output_ptr = 0；

static void *malloc(int size)；

static void free(void *where)；

static void error(char *m)；

static void gzip_mark(void **)；

static void gzip_release(void **)；

static void puts(const char *)；

extern int end；

static long free_mem_ptr = (long)

static long free_mem_end_ptr；

#define INPLACE_MOVE_ROUTINE 0x1000 内核片段合并代码的运行地址

#define LOW_BUFFER_START 0x2000 内核低端解压片段的起始地址

#define LOW_BUFFER_MAX 0x90000 内核低端解压片段的终止地址

#define HEAP_SIZE 0x3000 为解压低码保留的堆的尺寸，堆起始于BSS的结束

static unsigned int low_buffer_end， low_buffer_size；

static int high_loaded =0；

static uch *high_buffer_start ；

static char *vidmem = (char *)0xb8000；

static int vidport；

static int lines， cols；

#include "../../../../lib/inflate.c"

static void *malloc(int size)

{

void *p；

if (size if (free_mem_ptr

free_mem_ptr = (free_mem_ptr + 3) ~3；

p = (void *)free_mem_ptr；

free_mem_ptr += size；

if (free_mem_ptr >= free_mem_end_ptr)

error("\nOut of memory\n")；

return p；

}

static void free(void *where)

{

}

static void gzip_mark(void **ptr)

{

*ptr = (void *) free_mem_ptr；

}

static void gzip_release(void **ptr)

{

free_mem_ptr = (long) *ptr；

}

static void scroll(void)

{

int i；

memcpy ( vidmem， vidmem + cols * 2， ( lines - 1 ) * cols * 2

)；

for ( i = ( lines - 1 ) * cols * 2； i vidmem[ i ] = ' '；

}

static void puts(const char *s)

{

int x，y，pos；

char c；

x = SCREEN_INFO.orig_x；

y = SCREEN_INFO.orig_y；

while ( ( c = *s++ ) != '\0' ) {

if ( c == '\n' ) {

x = 0；

if ( ++y >= lines ) {

scroll()；

y--；

}

} else {

vidmem [ ( x + cols * y ) * 2 ] = c；

if ( ++x >= cols ) {

x = 0；

if ( ++y >= lines ) {

scroll()；

y--；

}

}

}

}

SCREEN_INFO.orig_x = x；

SCREEN_INFO.orig_y = y；

pos = (x + cols * y) * 2；

outb_p(14， vidport)；

outb_p(0xff (pos >> 9)，

vidport+1)；

outb_p(15， vidport)；

outb_p(0xff (pos >> 1)，

vidport+1)；

}

void* memset(void* s， int c， size_t n)

{

int i；

char *ss = (char*)s；

for (i=0；i return s；

}

void* memcpy(void* __dest， __const void* __src，

size_t __n)

{

int i；

char *d = (char *)__dest， *s = (char *)__src；

for (i=0；i return __dest；

}

static int fill_inbuf(void)

{

if (insize != 0) {

error("ran out of input data\n")；

}

inbuf = input_data；

insize = input_len；

inptr = 1；

return inbuf[0]；

}

static void flush_window_low(void)

{

ulg c = crc；

unsigned n；

uch *in， *out， ch；

in = window；

out =

for (n = 0； n ch = *out++ = *in++；

c = crc_32_tab[((int)c ^ ch) 0xff] ^ (c

>> 8)；

}

crc = c；

bytes_out += (ulg)outcnt；

output_ptr += (ulg)outcnt；

outcnt = 0；

}

static void flush_window_high(void)

{

ulg c = crc；

unsigned n；

uch *in， ch；

in = window；

for (n = 0； n ch = *output_data++ = *in++；

if ((ulg)output_data == low_buffer_end)

output_data=high_buffer_start；

c = crc_32_tab[((int)c ^ ch) 0xff] ^ (c

>> 8)；

}

crc = c；

bytes_out += (ulg)outcnt；

outcnt = 0；

}

static void flush_window(void)

{

if (high_loaded) flush_window_high()；

else flush_window_low()；

}

static void error(char *x)

{

puts("\n\n")；

puts(x)；

puts("\n\n -- System halted")；

while(1)；

}

#define STACK_SIZE (4096)

long user_stack [STACK_SIZE]；

struct {

long * a；

short b；

} stack_start = { user_stack [STACK_SIZE] ， __KERNEL_DS }；

void setup_normal_output_buffer(void) 对于zImage， 直接解压到1M

{

#ifdef STANDARD_MEMORY_BIOS_CALL

if (EXT_MEM_K #else

if ((ALT_MEM_K > EXT_MEM_K ? ALT_MEM_K :

EXT_MEM_K) #endif

output_data = (char *)0x100000；

free_mem_end_ptr = (long)real_mode；

}

struct moveparams {

uch *low_buffer_start； int lcount；

uch *high_buffer_start； int hcount；

}；

void setup_output_buffer_if_we_run_high(struct moveparams

*mv)

{

high_buffer_start = (uch *)(((ulg) + HEAP_SIZE)；

内核高端片段的最小起始地址

#ifdef STANDARD_MEMORY_BIOS_CALL

if (EXT_MEM_K #else

if ((ALT_MEM_K > EXT_MEM_K ? ALT_MEM_K :

EXT_MEM_K) #endif

mv->low_buffer_start = output_data = (char

*)LOW_BUFFER_START；

low_buffer_end = ((unsigned int)real_mode >

LOW_BUFFER_MAX

? LOW_BUFFER_MAX : (unsigned int)real_mode) ~0xfff；

low_buffer_size = low_buffer_end - LOW_BUFFER_START；

high_loaded = 1；

free_mem_end_ptr = (long)high_buffer_start；

if ( (0x100000 + low_buffer_size) >

((ulg)high_buffer_start)) {

； 如果高端片段的最小起始地址小于它实际应加载的地址，则将它置为实际地址，

； 这样高端片段就无需再次移动了，否则它要向前移动

high_buffer_start = (uch *)(0x100000 + low_buffer_size)；

mv->hcount = 0；

}

else mv->hcount = -1； 待定

mv->high_buffer_start = high_buffer_start；

}

void close_output_buffer_if_we_run_high(struct moveparams

*mv)

{

if (bytes_out > low_buffer_size) {

mv->lcount = low_buffer_size；

if (mv->hcount)

mv->hcount = bytes_out - low_buffer_size；

求出高端片段的字节数

} else { 如果解压后内核只有低端的一个片段

mv->lcount = bytes_out；

mv->hcount = 0；

}

}

int decompress_kernel(struct moveparams *mv， void *rmode)

{

real_mode = rmode；

if (SCREEN_INFO.orig_video_mode == 7) {

vidmem = (char *) 0xb0000；

vidport = 0x3b4；

} else {

vidmem = (char *) 0xb8000；

vidport = 0x3d4；

}

lines = SCREEN_INFO.orig_video_lines；

cols = SCREEN_INFO.orig_video_cols；

if (free_mem_ptr else

setup_output_buffer_if_we_run_high(mv)；

makecrc()；

puts("Uncompressing Linux... ")；

gunzip()；

puts("Ok， booting the kernel.\n")；

if (high_loaded) close_output_buffer_if_we_run_high(mv)；

return high_loaded；

}

分享：

喜欢

0

赠金笔

加载中，请稍候......

评论加载中，请稍候...

发评论

登录名： 密码： 找回密码 注册记住登录状态

昵   称：

发评论

以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。