<linux是怎么跑的？>傻瓜视角看linux引导启动过程

; FAT12 磁盘的头
; ----------------------------------------------------------------------
BS_OEMName	DB ‘ForrestY‘	; OEM String, 必须 8 个字节

BPB_BytsPerSec	DW 512		; 每扇区字节数
BPB_SecPerClus	DB 1		; 每簇多少扇区
BPB_RsvdSecCnt	DW 1		; Boot 记录占用多少扇区
BPB_NumFATs	DB 2		; 共有多少 FAT 表
BPB_RootEntCnt	DW 224		; 根目录文件数最大值
BPB_TotSec16	DW 2880		; 逻辑扇区总数
BPB_Media	DB 0xF0		; 媒体描述符
BPB_FATSz16	DW 9		; 每FAT扇区数
BPB_SecPerTrk	DW 18		; 每磁道扇区数
BPB_NumHeads	DW 2		; 磁头数(面数)
BPB_HiddSec	DD 0		; 隐藏扇区数
BPB_TotSec32	DD 0		; 如果 wTotalSectorCount 是 0 由这个值记录扇区数

BS_DrvNum	DB 0		; 中断 13 的驱动器号
BS_Reserved1	DB 0		; 未使用
BS_BootSig	DB 29h		; 扩展引导标记 (29h)
BS_VolID	DD 0		; 卷序列号
BS_VolLab	DB ‘OrangeS0.02‘; 卷标, 必须 11 个字节
BS_FileSysType	DB ‘FAT12   ‘	; 文件系统类型, 必须 8个字节  
;------------------------------------------------------------------------

.globl begtext, begdata, begbss, endtext, enddata, endbss ! 定义了6 个全局标识符；
.text ! 文本段；
begtext:
.data ! 数据段；
begdata:
.bss ! 堆栈段；
begbss:
.text ! 文本段；

SETUPLEN = 4 ! nr of setup-sectors
! setup 程序的扇区数(setup-sectors)值；
BOOTSEG = 0x07c0 ! original address of boot-sector
! bootsect 的原始地址（是段地址，以下同）；
INITSEG = 0x9000 ! we move boot here - out of the way
! 将bootsect 移到这里 -- 避开；
SETUPSEG = 0x9020 ! setup starts here
! setup 程序从这里开始；
SYSSEG = 0x1000 ! system loaded at 0x10000 (65536).
! system 模块加载到0x10000（64 kB）处；
ENDSEG = SYSSEG + SYSSIZE ! where to stop loading
! 停止加载的段地址；

! ROOT_DEV: 0x000 - same type of floppy as boot.
! 根文件系统设备使用与引导时同样的软驱设备；
! 0x301 - first partition on first drive etc
! 根文件系统设备在第一个硬盘的第一个分区上，等等；
ROOT_DEV = 0x306 ! 指定根文件系统设备是第2 个硬盘的第1 个分区。这是Linux 老式的硬盘命名
! 方式,具体值的含义如下：
! 设备号=主设备号*256 + 次设备号（也即dev_no = (major<<8) + minor ）
! （主设备号：1-内存,2-磁盘,3-硬盘,4-ttyx,5-tty,6-并行口,7-非命名管道）
! 0x300 - /dev/hd0 - 代表整个第1 个硬盘；
! 0x301 - /dev/hd1 - 第1 个盘的第1 个分区；
! …
! 0x304 - /dev/hd4 - 第1 个盘的第4 个分区；
! 0x305 - /dev/hd5 - 代表整个第2 个硬盘盘；
! 0x306 - /dev/hd6 - 第2 个盘的第1 个分区；
! …
! 0x309 - /dev/hd9 - 第2 个盘的第4 个分区；
! 从linux 内核0.95 版后已经使用与现在相同的命名方法了。

entry start ! 告知连接程序，程序从start 标号开始执行。
start: ! 47--56 行作用是将自身(bootsect)从目前段位置0x07c0(31k)
! 移动到0x9000(576k)处，共256 字（512 字节），然后跳转到
! 移动后代码的go 标号处，也即本程序的下一语句处。
mov ax,#BOOTSEG ! 将ds 段寄存器置为0x7C0；
mov ds,ax
mov ax,#INITSEG ! 将es 段寄存器置为0x9000；
mov es,ax
mov cx,#256 ! 移动计数值=256 字；
sub si,si ! 源地址 ds:si = 0x07C0:0x0000
sub di,di ! 目的地址 es:di = 0x9000:0x0000
rep ! 重复执行，直到cx = 0
movw ! 移动1 个字；
jmpi go,INITSEG ! 间接跳转。这里INITSEG 指出跳转到的段地址。
go: mov ax,cs ! 将ds、es 和ss 都置成移动后代码所在的段处(0x9000)。
mov ds,ax ！由于程序中有堆栈操作(push,pop,call)，因此必须设置堆栈。
mov es,ax
! put stack at 0x9ff00. ! 将堆栈指针sp 指向0x9ff00(即0x9000:0xff00)处
mov ss,ax
mov sp,#0xFF00 ! arbitrary value >>512
! 由于代码段移动过了，所以要重新设置堆栈段的位置。
! sp 只要指向远大于512 偏移（即地址0x90200）处
! 都可以。因为从0x90200 地址开始处还要放置setup 程序，
! 而此时setup 程序大约为4 个扇区，因此sp 要指向大
! 于（0x200 + 0x200 * 4 + 堆栈大小）处。

! load the setup-sectors directly after the bootblock.
! Note that ‘es‘ is already set up.
! 在bootsect 程序块后紧根着加载setup 模块的代码数据。
! 注意es 已经设置好了。（在移动代码时es 已经指向目的段地址处0x9000）。

load_setup:
! 68--77 行的用途是利用BIOS 中断INT 0x13 将setup 模块从磁盘第2 个扇区
! 开始读到0x90200 开始处，共读4 个扇区。如果读出错，则复位驱动器，并
! 重试，没有退路。INT 0x13 的使用方法如下：
! 读扇区：
! ah = 0x02 - 读磁盘扇区到内存；al = 需要读出的扇区数量；
! ch = 磁道(柱面)号的低8 位； cl = 开始扇区(0-5 位)，磁道号高2 位(6-7)；
! dh = 磁头号； dl = 驱动器号（如果是硬盘则要置位7）；
! es:bx ??指向数据缓冲区； 如果出错则CF 标志置位。
mov dx,#0x0000 ! drive 0, head 0
mov cx,#0x0002 ! sector 2, track 0
mov bx,#0x0200 ! address = 512, in INITSEG
mov ax,#0x0200+SETUPLEN ! service 2, nr of sectors
int 0x13 ! read it
jnc ok_load_setup ! ok - continue
mov dx,#0x0000
mov ax,#0x0000 ! reset the diskette
int 0x13
j load_setup

ok_load_setup:

! Get disk drive parameters, specifically nr of sectors/track
! 取磁盘驱动器的参数，特别是每道的扇区数量。
! 取磁盘驱动器参数INT 0x13 调用格式和返回信息如下：
! ah = 0x08 dl = 驱动器号（如果是硬盘则要置位7 为1）。
! 返回信息：
! 如果出错则CF 置位，并且ah = 状态码。
! ah = 0， al = 0， bl = 驱动器类型（AT/PS2）
! ch = 最大磁道号的低8 位，cl = 每磁道最大扇区数(位0-5)，最大磁道号高2 位(位6-7)
! dh = 最大磁头数， dl = 驱动器数量，
! es:di -?? 软驱磁盘参数表。

mov dl,#0x00
mov ax,#0x0800 ! AH=8 is get drive parameters
int 0x13
mov ch,#0x00
seg cs ! 表示下一条语句的操作数在cs 段寄存器所指的段中。
mov sectors,cx ! 保存每磁道扇区数。
mov ax,#INITSEG
mov es,ax ! 因为上面取磁盘参数中断改掉了es 的值，这里重新改回。

! Print some inane message ! 在显示一些信息(‘Loading system ...‘回车换行，共24 个字符)。

mov ah,#0x03 ! read cursor pos
xor bh,bh ! 读光标位置。
int 0x10

mov cx,#24 ! 共24 个字符。
mov bx,#0x0007 ! page 0, attribute 7 (normal)
mov bp,#msg1 ! 指向要显示的字符串。
mov ax,#0x1301 ! write string, move cursor
int 0x10 ! 写字符串并移动光标。

! ok, we‘ve written the message, now
! we want to load the system (at 0x10000) ! 现在开始将system 模块加载到0x10000(64k)处。

mov ax,#SYSSEG
mov es,ax ! segment of 0x010000 ! es = 存放system 的段地址。
call read_it ! 读磁盘上system 模块，es 为输入参数。
call kill_motor ! 关闭驱动器马达，这样就可以知道驱动器的状态了。

! After that we check which root-device to use. If the device is
! defined (!= 0), nothing is done and the given device is used.
! Otherwise, either /dev/PS0 (2,28) or /dev/at0 (2,8), depending
! on the number of sectors that the BIOS reports currently.
! 此后，我们检查要使用哪个根文件系统设备（简称根设备）。如果已经指定了设备(!=0)
! 就直接使用给定的设备。否则就需要根据BIOS 报告的每磁道扇区数来
! 确定到底使用/dev/PS0 (2,28) 还是 /dev/at0 (2,8)。
! 上面一行中两个设备文件的含义：
! 在Linux 中软驱的主设备号是2(参见第43 行的注释)，次设备号 = type*4 + nr，其中
! nr 为0-3 分别对应软驱A、B、C 或D；type 是软驱的类型（2??1.2M 或7??1.44M 等）。
! 因为7*4 + 0 = 28，所以 /dev/PS0 (2,28)指的是1.44M A 驱动器,其设备号是0x021c
! 同理 /dev/at0 (2,8)指的是1.2M A 驱动器，其设备号是0x0208。

seg cs
mov ax,root_dev ! 将根设备号
cmp ax,#0
jne root_defined
seg cs
mov bx,sectors ! 取上面第88 行保存的每磁道扇区数。如果sectors=15
! 则说明是1.2Mb 的驱动器；如果sectors=18，则说明是
! 1.44Mb 软驱。因为是可引导的驱动器，所以肯定是A 驱。
mov ax,#0x0208 ! /dev/ps0 - 1.2Mb
cmp bx,#15 ! 判断每磁道扇区数是否=15
je root_defined ! 如果等于，则ax 中就是引导驱动器的设备号。
mov ax,#0x021c ! /dev/PS0 - 1.44Mb
cmp bx,#18
je root_defined
undef_root: ! 如果都不一样，则死循环（死机）。
jmp undef_root
root_defined:
seg cs
mov root_dev,ax ! 将检查过的设备号保存起来。

! after that (everyting loaded), we jump to
! the setup-routine loaded directly after
! the bootblock:
! 到此，所有程序都加载完毕，我们就跳转到被
! 加载在bootsect 后面的setup 程序去。

jmpi 0,SETUPSEG ! 跳转到0x9020:0000(setup.s 程序的开始处)。
!!!! 本程序到此就结束了。!!!!
! 下面是两个子程序。

! This routine loads the system at address 0x10000, making sure
! no 64kB boundaries are crossed. We try to load it as fast as
! possible, loading whole tracks whenever we can.
!
! in: es - starting address segment (normally 0x1000)
!
! 该子程序将系统模块加载到内存地址0x10000 处，并确定没有跨越64KB 的内存边界。我们试图尽快
! 地进行加载，只要可能，就每次加载整条磁道的数据。
! 输入：es – 开始内存地址段值（通常是0x1000）
sread: .word 1+SETUPLEN ! sectors read of current track
! 当前磁道中已读的扇区数。开始时已经读进1 扇区的引导扇区
! bootsect 和setup 程序所占的扇区数SETUPLEN。
head: .word 0 ! current head !当前磁头号。
track: .word 0 ! current track !当前磁道号。

read_it:
! 测试输入的段值。必须位于内存地址64KB 边界处，否则进入死循环。清bx 寄存器，用于表示当前段内
! 存放数据的开始位置。
mov ax,es
test ax,#0x0fff
die: jne die ! es must be at 64kB boundary ! es 值必须位于64KB 地址边界!
xor bx,bx ! bx is starting address within segment ! bx 为段内偏移位置。
rp_read:
! 判断是否已经读入全部数据。比较当前所读段是否就是系统数据末端所处的段(#ENDSEG)，如果不是就
! 跳转至下面ok1_read 标号处继续读数据。否则退出子程序返回。
mov ax,es
cmp ax,#ENDSEG ! have we loaded all yet? ! 是否已经加载了全部数据？
jb ok1_read
ret
ok1_read:
! 计算和验证当前磁道需要读取的扇区数，放在ax 寄存器中。
! 根据当前磁道还未读取的扇区数以及段内数据字节开始偏移位置，计算如果全部读取这些未读扇区，所
! 读总字节数是否会超过64KB 段长度的限制。若会超过，则根据此次最多能读入的字节数(64KB – 段内
! 偏移位置)，反算出此次需要读取的扇区数。
seg cs
mov ax,sectors ! 取每磁道扇区数。
sub ax,sread ! 减去当前磁道已读扇区数。
mov cx,ax ! cx = ax = 当前磁道未读扇区数。
shl cx,#9 ! cx = cx * 512 字节。
add cx,bx ! cx = cx + 段内当前偏移值(bx)
! = 此次读操作后，段内共读入的字节数。
jnc ok2_read ! 若没有超过64KB 字节，则跳转至ok2_read 处执行。
je ok2_read
xor ax,ax ! 若加上此次将读磁道上所有未读扇区时会超过64KB，则计算
sub ax,bx ! 此时最多能读入的字节数(64KB – 段内读偏移位置)，再转换
shr ax,#9 ! 成需要读取的扇区数。
ok2_read:
call read_track
mov cx,ax ! cx = 该次操作已读取的扇区数。
add ax,sread ! 当前磁道上已经读取的扇区数。
seg cs
cmp ax,sectors ! 如果当前磁道上的还有扇区未读，则跳转到ok3_read 处。
jne ok3_read
! 读该磁道的下一磁头面(1 号磁头)上的数据。如果已经完成，则去读下一磁道。
mov ax,#1
sub ax,head ! 判断当前磁头号。
jne ok4_read ! 如果是0 磁头，则再去读1 磁头面上的扇区数据。
inc track ! 否则去读下一磁道。
ok4_read:
mov head,ax ! 保存当前磁头号。
xor ax,ax ! 清当前磁道已读扇区数。
ok3_read:
mov sread,ax ! 保存当前磁道已读扇区数。
shl cx,#9 ! 上次已读扇区数*512 字节。
add bx,cx ! 调整当前段内数据开始位置。
jnc rp_read ! 若小于64KB 边界值，则跳转到rp_read(156 行)处，继续读数据。
! 否则调整当前段，为读下一段数据作准备。
mov ax,es
add ax,#0x1000 ! 将段基址调整为指向下一个64KB 段内存。
mov es,ax
xor bx,bx ! 清段内数据开始偏移值。
jmp rp_read ! 跳转至rp_read(156 行)处，继续读数据。

! 读当前磁道上指定开始扇区和需读扇区数的数据到es:bx 开始处。参见第67 行下对BIOS 磁盘读中断
! int 0x13，ah=2 的说明。
! al – 需读扇区数；es:bx – 缓冲区开始位置。
read_track:
push ax
push bx
push cx
push dx
mov dx,track ! 取当前磁道号。
mov cx,sread ! 取当前磁道上已读扇区数。
inc cx ! cl = 开始读扇区。
mov ch,dl ! ch = 当前磁道号。
mov dx,head ! 取当前磁头号。
mov dh,dl ! dh = 磁头号。
mov dl,#0 ! dl = 驱动器号(为0 表示当前驱动器)。
and dx,#0x0100 ! 磁头号不大于1。
mov ah,#2 ! ah = 2，读磁盘扇区功能号。
int 0x13
jc bad_rt ! 若出错，则跳转至bad_rt。
pop dx
pop cx
pop bx
pop ax
ret
! 执行驱动器复位操作（磁盘中断功能号0），再跳转到read_track 处重试。
bad_rt: mov ax,#0
mov dx,#0
int 0x13
pop dx
pop cx
pop bx
pop ax
jmp read_track

/*
* This procedure turns off the floppy drive motor, so
* that we enter the kernel in a known state, and
* don‘t have to worry about it later.
*/
! 这个子程序用于关闭软驱的马达，这样我们进入内核后它处于已知状态，以后也就无须担心它了。
kill_motor:
push dx
mov dx,#0x3f2 ! 软驱控制卡的驱动端口，只写。
mov al,#0 ! A 驱动器，关闭FDC，禁止DMA 和中断请求，关闭马达。
outb ! 将al 中的内容输出到dx 指定的端口去。
pop dx
ret

sectors:
.word 0 ! 存放当前启动软盘每磁道的扇区数。

msg1:
.byte 13,10 ! 回车、换行的ASCII 码。
.ascii "Loading system ..."
.byte 13,10,13,10 ! 共24 个ASCII 码字符。

.org 508 ! 表示下面语句从地址508(0x1FC)开始，所以root_dev
! 在启动扇区的第508 开始的2 个字节中。
root_dev:
.word ROOT_DEV ! 这里存放根文件系统所在的设备号(init/main.c 中会用)。
boot_flag:
.word 0xAA55 ! 硬盘有效标识。

.text
endtext:
.data
enddata:
.bss
endbss: