Linux内核启动过程解析：从实模式到保护模式

"Linux内核源代码解读：堆栈stack_start与x86平台启动过程" 在深入探讨Linux内核源代码之前，让我们先理解一下计算机的启动流程。当计算机开机时，BIOS（基本输入输出系统）接管硬件初始化，然后根据用户设定的启动设备（如软盘、硬盘）加载启动加载器，如Grub或Lilo。启动加载器负责加载内核到内存中，这里以x86架构为例，内核通常被编译成一个名为bzImage的文件。 bzImage包含两部分：Setup.bin和vmlinux.bin。Setup.bin是引导程序，它具有自解压功能，负责将vmlinux.bin加载到内存的特定位置。vmlinux包含了内核的各个部分，如head_32.o、misc.o和piggy.o，它们一起构成了内核的启动部分，包括Head-y、init-y和main等模块。 内核启动时，首先运行在实模式下，这是为了兼容旧的8086处理器。在实模式下，地址总线是20位，只能访问1MB的内存，地址计算基于段地址和段内偏移。每个段寄存器（如cs、ds、es、fs、gs）的值乘以16来确定实际内存地址。随着处理器进入保护模式，地址总线扩展到32位，允许访问4GB的内存。此时，段寄存器变成了段选择子，与全局描述符表（GDT）配合工作，GDT由gdtr指示其位置和长度。保护模式还引入了中断描述符表（IDT），用于处理中断和异常。 启动过程中，加载GDT和IDT后，需要重新加载段寄存器，尤其是代码段寄存器cs，通常通过长跳转指令完成，其他数据段寄存器则直接设置。控制寄存器，如CR0、CR3等，对处理器的工作模式和特性进行控制，例如，设置CR0的PG位可以启用分页机制。 当我们谈论堆栈stack_start时，这通常是指内核初始化时创建的第一个堆栈。在Linux内核中，堆栈的起始位置stack_start是在设置和初始化堆栈时定义的。堆栈在内存中是从高地址向低地址增长的，用于存放函数调用时的返回地址、局部变量以及参数等。在x86平台上，堆栈初始化通常是通过设置SS（栈段寄存器）和ESP（栈指针寄存器）完成的。 了解这些基础知识后，我们可以开始阅读Linux内核源代码的documentation/i386/boot.txt文件，它提供了更详细的关于x86平台启动和内核加载的细节。陈香兰教授的讲解涵盖了这些概念，并帮助我们理解Linux如何从BIOS启动，过渡到实模式，再到保护模式，最终执行内核代码并初始化堆栈，为系统的进一步运行做好准备。