2 · Jos 學習筆記

# 二、來源：[JOS學習筆記（二）](http://blog.csdn.net/ROger__wonG/article/category/1310602) 接上篇，文件跳轉到了entry.S里面，這是kernel的入口。首先面臨這么一個問題，kernel被加載到了什么地方？回想上篇elf文件的加載機制，以及objdump里打印出的kernel信息，可以看到，kernel的代碼段（text段）被加載到了0x100000的位置，也就是1m的位置，所以內存布局如下： ``` +------------------+ <- 0xFFFFFFFF (4GB) | 32-bit | | memory mapped | | devices | | | /\/\/\/\/\/\/\/\/\/\ /\/\/\/\/\/\/\/\/\/\ | | | Unused | | | +------------------+ <- depends on amount of RAM | | | | | Extended Memory | |------------------| | kernnel | +------------------+ <- 0x00100000 (1MB) | BIOS ROM | +------------------+ <- 0x000F0000 (960KB) | 16-bit devices, | | expansion ROMs | +------------------+ <- 0x000C0000 (768KB) | VGA Display | +------------------+ <- 0x000A0000 (640KB) | | | Low Memory | |------------------| <-0x00010000 (elf herader here!) |------------------| <-0x00007c00 (boot loader here!) | bootmain stack | +------------------+ <- 0x00000000 ``` 值得注意的是kernel的VMA地址為0xf0100000，也就是內核“認為”自己是在一個高位內存里執行的，因此其中的符號，包括函數名、匯編里定義的符號，都會指向一個高位的地址（大于0xf0000000)的地址，所以到目前為止在entry.S里，只要調用任何和“符號”相關的操作，比如jmp指令等，均會出錯，因為高位地址連是否存在都不知道，更不用說里面是否有內容了（qemu默認是256m內存吧？）。因此，為了使代碼正常工作，需要對內存地址進行一定的映射。上篇文章也分析了，JOS開啟的8086分段機制實際上只是一個幌子，根本沒有對空間進行任何的映射，所以進行映射的工作一定要由分頁機制來完成。但是為了使開啟分頁之前的代碼能正常工作，在entry.S里面定義了宏reloc。這個宏就是將一個地址減去一個kernelbase，kernelbase定義在memlayout里面，可以看到是0xf0000000，就目前來說，任何一個高位地址減去此值，就能得到實際在物理內存中的地址了。在定義了此宏之后，entry.S首先對entry符號和pgdir符號（也就是頁表目錄）地址做了重定向，接著通過更改cr3寄存器里的某些位，開啟分頁內存轉換。我們跟一下pgdir里的內容，也就是entrypgdir.c里的內容，發現對于內存做了兩塊映射，首先是將虛擬內存的0--4M映射到物理內存的0--4M，其次是將從0xf000000之后的4M映射到物理內存的0--4M。前者的映射是為了保證低于4M的物理地址還能正確的訪問（開啟分頁后所有的內存地址均會做變換，即使你不想讓它變換），后面的映射是為了kernel能正常的工作。關于頁目錄、頁表不再詳細說明，畢竟這是LAB2的主要內容。之后從低地址跳轉到高地址relocate處，然后初始化內核調用堆棧（調用函數都需要堆棧，所以在進入kernel的c語言代碼前需要先給它初始化好堆棧，突然覺得在做用戶態編程的時候不要考慮這些內存分布、棧啥的實在是太幸福了），之后就跳轉到i386_init，轉入c語言代碼了。為什么要從低地址跳轉到relocate處？個人認為只是想驗證之前開啟的分頁機制、加載的頁表是否有錯誤而已，如果不跳轉，直接執行貌似也可，反正call i386_init得時候也就跳轉到高地址了。另外不要被memlayout.h里面的那個內存分布所迷惑。目前進入操作系統后的調用棧位于代碼的data段（就在entry.S文件的下面定義），而從objdump取得的信息來看，這個data段是加載到了物理內存的0x0010800，大概在內核代碼段上面一點，虛擬內存的位置為0xf010800，也在內核代碼段上面的位置，memlayout.h給的貌似是lab2以及以后的虛擬內存分布方式。之后就跳轉到c代碼執行，一切都變的簡單起來了。