Linux Kernel 2.6.37 启动过程笔记 ：main详解

上次粗略的过了一下Header.S的控制权传递的过程。随着慢慢地进入main.c，发现仍然有必要重新审视一下Header.S。

main()的代码如下：

void main(void)
{
    /* First, copy the boot header into the "zeropage" */
    copy_boot_params();

    /* End of heap check */
    init_heap();

    /* Make sure we have all the proper CPU support */
    if (validate_cpu()) {
        puts("Unable to boot - please use a kernel appropriate "
             "for your CPU.\n");
        die();
    }

    /* Tell the BIOS what CPU mode we intend to run in. */
    set_bios_mode();

    /* Detect memory layout */
    detect_memory();

    /* Set keyboard repeat rate (why?) */
    keyboard_set_repeat();

    /* Query MCA information */
    query_mca();

    /* Query Intel SpeedStep (IST) information */
    query_ist();

    /* Query APM information */
#if defined(CONFIG_APM) || defined(CONFIG_APM_MODULE)
    query_apm_bios();
#endif

    /* Query EDD information */
#if defined(CONFIG_EDD) || defined(CONFIG_EDD_MODULE)
    query_edd();
#endif

    /* Set the video mode */
    set_video();

    /* Parse command line for 'quiet' and pass it to decompressor. */
    if (cmdline_find_option_bool("quiet"))
        boot_params.hdr.loadflags |= QUIET_FLAG;

    /* Do the last things and invoke protected mode */
    go_to_protected_mode();
}

main()做的第一件事情是保存boot_params。

其代码如下：

static void copy_boot_params(void)

    struct old_cmdline {
        u16 cl_magic;
        u16 cl_offset;
    };
    const struct old_cmdline * const oldcmd =
        (const struct old_cmdline *)OLD_CL_ADDRESS;

    BUILD_BUG_ON(sizeof boot_params != 4096);
    memcpy(&boot_params.hdr, &hdr, sizeof hdr);

    if (!boot_params.hdr.cmd_line_ptr &&
        oldcmd->cl_magic == OLD_CL_MAGIC) {
        /* Old-style command line protocol. */ //如果老的bootloader没有遵照新的hdr的协议传送启动参数给kernel，那么就要将hdr的命令行指针指向老的协议命令行。
        u16 cmdline_seg;

         /*Figure out if the command line falls in the region
          of memory that an old kernel would have copied up
           to 0x90000... */
        if (oldcmd->cl_offset < boot_params.hdr.setup_move_size)
            cmdline_seg = ds();
        else
            cmdline_seg = 0x9000;

        boot_params.hdr.cmd_line_ptr =
            (cmdline_seg << 4)   oldcmd->cl_offset;
    }
}

这个函数目的就是将hdr从第一个扇区的497个字节的位置复制到boot_params.hdr里面，从而以后的C代码能够很方便地对于hdr进行操作。

boot_params是一个未经初始化的全局变量，其由编译器负责分配在BSS段的空间。GCC把所有已经定义并且初始化的变量放置在.data段中，而所有已定义但未使用的变量放置在.bss段中。而bss段并不会保存在最后编译的可执行文件中。

.bss段的定义和初始化都是在header.S里面进行的。就在进入main()之前，header.S对bss进行清零操作而确保bss段在进入C代码之后可用。

#In Header.S

# Zero the bss
movw	$__bss_start, %di
movw	$_end 3, %cx
xorl	x, x
subw	%di, %cx
shrw	$2, %cx
rep; stosl

# Jump to C code (should not return)
calll	main

而.bss在内存中的具体位置则由编译器按照Setup.ld的指示生成

. = ALIGN(16);
.bss		:
{
__bss_start = .;
*(.bss)
__bss_end = .;
}

main()做的第二件事情是初始化堆。

static void init_heap(void)
{
    char *stack_end;

       /*如果bootloader告诉kernel需要使用heap, bootloader需要把hdr.loadflags的CAN_US_HEAP位置1.*/

    if (boot_params.hdr.loadflags & CAN_USE_HEAP) {
/*esp是当前堆栈的底，堆栈的大小是STACK_SIZE，由此计算出堆栈的顶stack_end是esp-STACK_SIZE*/
        asm("leal %P1(%%esp),%0"
            : "=r" (stack_end) : "i" (-STACK_SIZE));

/*堆的底是由boot_params.hdr.heap_end_ptr指定。这个值应该是由bootloader填入的，堆的大小是0x200。那么heap_end就是heap_end_ptr+0x200*/
       heap_end = (char *)
            ((size_t)boot_params.hdr.heap_end_ptr+0x200);

        if (heap_end > stack_end) //如果堆栈和堆有重叠，那么就减小堆的大小。
            heap_end = stack_end;
    } else {
        /* Boot protocol 2.00 only, no heap available */
        puts("WARNING: Ancient bootloader, some functionality "
             "may be limited!\n");
    }
}

main()的第三件事情就是确保当前的CPU是kernel所支持的CPU，如果不支持就直接退出main

main()的第四件事情是set_bios_mode().

实际上这个函数只在x86 64位的CPU上可用。它执行了一个软中断 INT15, AH=0xEC. 这个中断到底做了什么，网上似乎很难找到。

接下来main执行detect_memory将当前内存使用情况填充到boot_params.e820map， boot_params.alt_mem_k和boot_params.screen_info.ext_mem_k。

代码实际上分别执行了三个软中断：

1. INT 15 AX=E820：遍历所有的连续内存块。这里所称的所有是指主板所能支持的全部物理内存空间。并将这个列表保存在boot_params.e820map中。这些内存块可以是以下的类型

• Type 1: Usable (normal) RAM
• Type 2: Reserved - unusable
• Type 3: ACPI reclaimable memory
• Type 4: ACPI NVS memory
• Type 5: Area containing bad memory

 2. INT 15 AX=E801: 用来检查15M到16M内存空间之间的memory hole.PC理论上将15M-16M之间的内存地址空间设置为memory hole为一些需要使用到15M到16M地址空间的ISA设备。该中断的AX/CX返回15M以下内存的大小（其单位是1024，例如AX返回15则15M以下内存大小为15*1024），而BX/DX返回16M之上的内存大小（其单位是64K）。 看起来Linux使用这个中断来计算当前内存中实际可用的内存大小并将其保存在boot_params.alt_mem_k中。

3. INT 15 AH=88：这个软中断返回当前的扩展内存的大小(1M以上的空间)。实际上这个软中断应该是为了兼容80286而存在的，所以返回的值要么是16M要么是64M。返回的值存放在boot_params.screen_info.ext_mem_k中。

关于接下来的keyboard_set_repeat，函数本身的注释如下。似乎没什么用处。不看也罢。

/*

 * Set the keyboard repeat rate to maximum.  Unclear why this

 * is done here; this might be possible to kill off as stale code.

 */

再接着query_mca会调用INT 15 AH=15H查询system description table并将其存放在boot_params.sys_desc_table. 这个和MCA总线相关吗？？

然后就是query_ist获得当前CPU的SpeedStep的信息。

具体代码如下：

initregs(&ireg);
    ireg.ax  = 0xe980;     /* IST Support */
    ireg.edx = 0x47534943;     /* Request value */
    intcall(0x15, &ireg, &oreg);

    boot_params.ist_info.signature  = oreg.eax;
    boot_params.ist_info.command    = oreg.ebx;
    boot_params.ist_info.event      = oreg.ecx;
    boot_params.ist_info.perf_level = oreg.edx;

使用query_apm_bios以检查APM的支持，并将APM的信息存放在boot_params.apm_bios_info

使用query_edd以检查并设置boot_params.eddbuf_entries, boot_params.edd_mbr_sig_buf_entries, boot_params.edd_mbr_sig_buffer和boot_params.eddbuf.

按照磁头，柱面，扇区的寻址方式，INT13只能支持不超过8G的硬盘。这是远远不够的，所以EDD （BIOS Enhanced Disk Drive Services）被加入INT13中来支持大硬盘。query_edd会枚举所有当前硬盘的参数，并且进行记录为后面初始化硬盘驱动作准备

在进入go_to_protected_mode之前还剩下大事情就是set_video。今天太累了，明天再说了。