Linux内核源代码解读：页表初始化与启动过程

"这篇文档是陈香兰关于Linux内核源代码解读的一部分，专注于页表初始化，特别是基于x86架构的Linux 2.6.26版本的启动过程。内容涉及BIOS启动流程、实模式与保护模式的转换、分页模式下的页表结构，以及GDT和IDT表在内核启动中的作用。" 在Linux内核启动过程中，页表初始化是一个至关重要的步骤，它确保了操作系统能够正确地管理和映射物理内存。在x86架构中，Linux内核启动时会从实模式进入保护模式，然后在保护模式下启用分页机制。分页机制允许操作系统将虚拟地址映射到物理地址，从而更高效地管理内存。 首先，我们从实模式说起，这是一种为兼容早期8086处理器的模式，其中地址总线为20位，内存访问范围限制在1MB以内。在这个模式下，逻辑地址由段地址和段内偏移组成，通过段寄存器（如cs、ds等）来指定段地址。然而，这种模式在现代操作系统中限制颇多，因此需要转换到保护模式。 保护模式引入了32位地址总线，可访问4GB内存，并引入了全局描述符表（GDT）和中断描述符表（IDT）。GDT存储了段选择子，这些选择子与段寄存器配合使用，定义了不同段的属性和基地址。IDT则包含了中断和异常处理的入口地址。在进入保护模式后，需要加载GDT和IDT，然后重新装载段寄存器，通常通过`sgdt`和`lgdt`指令操作GDT，而段寄存器如cs通常通过长跳转指令装载，其他数据段寄存器直接设置。 页表的初始化在启动过程中起到了关键作用，它定义了虚拟地址到物理地址的映射。在Linux内核中，页目录和页表被用来实现这一映射。例如，`swapper_pg_dir`是页目录的起始点，而在`head_32.S`中初始化；`pg0`作为第一个页表，在`vmlinux_32.lds`中有所提及。页表的初始化使得内核能够有效地管理内存，支持虚拟内存机制，包括页面的分配、回收和交换。 在启动过程中，Linux内核还会处理其他硬件相关的初始化，比如初始化中断处理机制，设置控制寄存器（如CR0、CR3等），以及可能的PAE（物理地址扩展）配置，尽管在描述中提到忽略了PAE部分。一旦页表初始化完成，内核就能正确地访问和管理内存，从而执行后续的初始化任务，包括加载内核模块、初始化设备驱动，最终达到系统运行的状态。 页表的初始化是Linux内核启动过程中的核心环节，它确保了内核能够正确地映射和管理内存，为系统的正常运行打下了基础。理解这个过程对于深入学习Linux内核和系统级编程至关重要。