Linux内核启动解析：从实模式到保护模式的转变

"Linux操作系统学习-内核运行.pdf" 在Linux操作系统的学习中，内核的启动和运行是一个关键的环节。本文主要关注从BootLoader加载完成后，Linux内核启动的几个重要步骤，包括从实模式到保护模式的切换、新旧中断的交替、打开A20门、进入main函数以及内核的初始化过程。 首先，实模式到保护模式的切换是内核启动的核心部分。实模式是80x86处理器的初始状态，它提供有限的内存访问和简单的中断处理。保护模式则允许更高级别的内存管理和多任务处理。在启动过程中，通过执行特定指令，如CLI(关闭中断)和STI(开启中断)，来确保从不安全的实模式中断机制平滑过渡到保护模式下的中断服务程序。CLI防止了在中断处理机制转换期间可能出现的问题，而STI则在新的中断服务程序准备就绪后启用中断。 接着，文章提到了新旧中断的交替。在实模式下，中断由BIOS管理，而在保护模式下，中断由内核控制，通过中断描述符表(IDT)进行管理。在切换过程中，必须关闭旧的中断服务，并确保新的IDT完整建立，以防止未预期的中断导致系统崩溃。这个过程中，BIOS的中断向量表被内核程序覆盖，从而废除了BIOS的中断服务，回收内存空间，并让内核代码占据内存的起始位置，这有利于提高效率和稳定性。 此外，打开A20门是另一个关键步骤，它允许CPU访问超过1MB的内存空间，这是现代操作系统所需的。在实模式下，A20门默认关闭，限制了内存访问。开启A20门使得Linux能够利用更多的物理内存，这对于支持复杂的系统和服务至关重要。 然后，内核的main函数开始执行，这是内核初始化的起点。在这个阶段，内核会进行一系列的初始化任务，包括硬件设备检测、内存分配、调度器设置、驱动程序加载等，以构建一个完整的运行环境。 最后，内核初始化涉及的细节非常广泛，包括设置页表以实现虚拟内存、初始化设备驱动程序以与硬件交互、设置文件系统、网络协议栈以及其他系统服务。这一过程保证了操作系统在启动后能正常提供服务和功能。 总结来说，Linux内核的启动涉及到多个复杂步骤，从实模式到保护模式的转换，中断机制的更新，A20门的开启，再到main函数的执行和内核初始化，每个环节都是确保操作系统安全、稳定运行的关键。通过深入理解这些流程，开发者和系统管理员可以更好地调试问题，优化性能，以及对系统进行定制化配置。