一步步编写操作系统 48 加载内核1

其实，我们等了这一刻好久好久，即使我不说，大家也有这样的认识，linux内核是用c 语言写的，咱们肯定也要用c语言。其实...说点伤感情的话，今后的工作只是大部分（99%）都要用c语言来写，还有一些要用到汇编的地方。大家也不要因此气馁心灰（其实突然不用汇编还会想它呢，这不是玩笑），我在此过程中一定会尽我所能让内容简单易接受。

我们的内核文件是kernel.bin，这个文件是由loader将其从硬盘上读出并加载到内存中的，到此，接力棒传到了最后一个选手的手里。也就是说，咱们需要事先把kernel.bin定入硬盘。好久不往虚拟硬盘上写东西了，甭说是大家，我都有点陌生了呢，不过好在操作很简单，写之前让我们先看看这块虚拟硬盘上的文件布局吧。

MBR是写在了硬盘的第0扇区，第1扇区是空着的，原因是个人喜好，其实不空着也行，不过硬盘那么大，何必搞得那么拥挤呢。因此loader是写在硬盘的第2扇区，由于loader.bin目前的大小是1342字节，占用3个扇区，所以第2~4扇区不能再用啦，从第5扇区起我们可以自由使用。但此时我的强迫症又发作啦，我这里并没有接着第5扇区写，而是选的第9扇区（要是起始为1的话算是第10个扇区）。一是为了loader万一哪天要扩展，得预留出硬盘空间，二是您可能已经预计到了，隔开点显得更放心，这纯属是出于个人喜好做出的选择。

好，既然已经确定了写入扇区的位置，我们还是要通过dd命令往磁盘上写，命令如下：

dd if= kernel.bin of=/your_path/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc回车

seek为9，目的是跨过前9个扇区（第0~8个扇区），我们是在第9个扇区写入。

count为200，目的是一次往参数of指定的文件中写入200个扇区。

至于为什么把count设成这么大，原因是这样的：每次写完内核后，咱们要往磁盘中同步内核文件，这样才能验证内核的正确性。按理说，咱们现在的内核文件不足4扇区，count=4最合适。不过，内核发展越来越大时，每次都要根据实际内核文件大小去改写count参数，这样就难免会有忘记修改的情况。之前我就深受其苦，内核文件变大了，而count忘记调整，造成写入硬盘中的内核文件不完整，所以到后来，程序运行不受控制，以至于调试的时候都调晕啦，看着cpu中跑的指令我完全蒙圈了，根本不是自己写的。恍然大悟之后，我就干脆一步到位，因为我们将来的内核大小不会超过100KB，所以直接把count改为200块扇区。另外请大家不用担心，dd命令会自己判断写入的数据量，如果参数if指定的文件体积小于count*bs，只按实际文件大小写入。

不过，估计您也觉得参数太多了，为了方便，我通常是把下面三个命令，编译、链接、再写入硬盘一起完成，您可以将它们写成一个脚本，脚本内容如下：

gcc -c -o main.o main.c && ld main.o -Ttext 0xc0001500 -e main -o kernel.bin && dd if= kernel.bin of=/your_path/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc

好啦，上面命令在回车之后，这样我们的内核文件就成功写进磁盘了。

菜配好啦，就等下锅啦，我们的内核是由loader加载的，所以我们还要去修改下loader.S。

loader.S需要修改两个地方：

λ加载内核：需要把内核文件加载到内存缓冲区。
λ初始化内核：需要在分页后，将加载进来的elf内核文件安置到相应的虚拟内存地址，然后跳过去执行，从此loader的工作结束。

先说第一个加载内核，这里所说的加载内核只是把内核从硬盘上拷贝到内存中，并不是运行内核代码。这项工作在开启分页前后都可以，不过为了简单，咱们把它安排在分页开启之前加载。

话说内核加载到内存中，得有个加载地址，也就是缓冲区。其实开发经验少的同学对缓冲区这个概念总是觉得有点“只可意会不可言传”的意思。借此机会多说两句。缓冲区，buffer，意味存放物品的地点，也就是用于加工处理中暂存数据的地方。生活中的缓冲区例子有很多，比如水杯是水的缓冲区，水不是直接入口的，总有个中间载体做为中转，然后才入口。而且，水杯的作用相当于暖瓶或水房的缓存，咱们不是喝一口水就跑到水房接一口水，而是一次接一大杯，回来慢慢喝，这样就减少了去水房的次数。由此可见，缓冲区，既有存放数据的空间之意，又有提高效率的缓存之意。换在计算机世界里，缓冲区必然也是个能存储数据的介质，比如咱们这里所说的内存。

好啦，不能扯太远啦，咱们的缓冲区在设在哪里呢，这不是乱放的，得参考下目前内存中哪个地方还有可用的空间，千万不能覆盖了重要数据。也许大家首先想到的是很久之前说到的那个内存布局图，赞，答对啦，不过，大家不用往前翻看啦，一向体贴的我已经将其重点部分摘到这里啦，大家请看图

内核被加载到内存后，loader还要通过分析其elf结构将其展开到新的位置，所以说，内核在内存中是有两份拷贝，一份是elf格式的原文件kernel.bin，另一份是loader解析elf格式的kernel.bin后在内存中生成的内核映像（也就是将程序中的各种段segment复制到内存后的程序体），这个映像才是真正运行的内核。

将来内核肯定是越来越大，为了多预留出生长空间，咱们要将内核文件kernel.bin加载到地址较高的空间，而内核映像要放置到较低的地址。内核文件经过loader解析后就没用啦，这样内核映像将来往高地址处扩展时，也可以覆盖原来的内核文件kernel.bin。所以咱们的结论是，在0x7e00~0x9fbff这片区域的高地址中找一亩地给kernel.bin，这里我擅自做主啦，帮大家选的是0x70000。为什么？没有为什么，随意选的，取了个整而已，就是觉得0x70000~0x9fbff有0x2fbff=190KB字节的空间，而我们的内核不超过100KB，够用就行。

好，万事俱备啦，代码走起，请大家过目代码

147 ; ------------------------- 加载kernel ----------------------
148 mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号
149 mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址
150 mov ecx, 200 ; 读入的扇区数
151
152 call rd_disk_m_32
153
154 ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图
155 call setup_page

代码属于loader的一部分，它的作用是把内核文件从硬盘上加载到内存中，下面简要说一下。

第148~149行的KERNEL_START_SECTOR和KERNEL_BIN_BASE_ADDR是在boot/include/boot.inc中定义，其值分别为0x9和0x70000。

第150行的ecx为200，这是读入的扇区数，这里应该同前面用dd命令往硬盘上写入内核文件时的参数count保持一致，原因你懂的不解释。

以上的eax、ebx、ecx是函数rd_disk_m_32的三个参数，是为调用下面的函数做准备。

第152行的函数是rd_disk_m_32，用于从硬盘上读取文件。它的三个参数已经在上面赋值了。由于目前已经在32位保护模式下，所以相比之前位于mbr中的函数rd_disk_m_16，rd_disk_m_32只是版本由16位变成了32位的，函数实现原理相差无几，主要体现在里面所用的寄存器变成了32位。所以，就不细说啦，大家一看就明白啦。

接下来的第155行就是开始创建页表啦，把它放在这是为了让大家知道代码是加到了哪里，承上启下。setup_page函数实现没变，无须多说。

内核加载到缓冲区中后，现在该说要修改的第二处啦，也就是初始化内核。

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