第八回 | 烦死了又要重新设置一遍 idt 和 gdt

新读者看这里，老读者直接跳过。

本系列会以一个读小说的心态，从开机启动后的代码执行顺序，带着大家阅读和赏析 Linux 0.11 全部核心代码，了解操作系统的技术细节和设计思想。

你会跟着我一起，看着一个操作系统从啥都没有开始，一步一步最终实现它复杂又精巧的设计，读完这个系列后希望你能发出感叹，原来操作系统源码就是这破玩意。

以下是已发布文章的列表，详细了解本系列可以先从开篇词看起。

本系列的 GitHub 地址如下（文末阅读原文可直接跳转）

https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk

------- 正文开始 -------

书接上回，上回书咱们说到，CPU 进入了 32 位保护模式，我们快速回顾一下关键的代码。 首先配置了全局描述符表 gdt 和中断描述符表 idt。

lidt  idt_48
lgdt  gdt_48

然后打开了 A20 地址线。

mov al,#0xD1        ; command write
out #0x64,al
mov al,#0xDF        ; A20 on
out #0x60,al

然后更改 cr0 寄存器开启保护模式。

mov ax,#0x0001
lmsw ax

最后，一个干脆利落的跳转指令，跳到了内存地址 0 处开始执行代码。

jmpi 0,8

0 位置处存储着操作系统全部核心代码，是由 head.s 和 main.c 以及后面的无数源代码文件编译并链接在一起而成的 system 模块。
  那接下来，我们就品品，正式进入 c 语言写的 main.c 之前的 head.s 究竟写了点啥？ head.s 文件很短，我们一点点品。

_pg_dir:
_startup_32:
    mov eax,0x10
    mov ds,ax
    mov es,ax
    mov fs,ax
    mov gs,ax
    lss esp,_stack_start

注意到开头有个标号 _pg_dir。先留个心眼，这个表示页目录，之后在设置分页机制时，页目录会存放在这里，也会覆盖这里的代码。
 再往下连续五个 mov 操作，分别给 ds、es、fs、gs 这几个段寄存器赋值为 0x10，根据段描述符结构解析，表示这几个段寄存器的值为指向全局描述符表中的第二个段描述符，也就是数据段描述符。 最后 lss 指令相当于让 ss:esp 这个栈顶指针指向了 _stack_start 这个标号的位置。还记得图里的那个原来的栈顶指针在哪里吧？往上翻一下，0x9FF00，现在要变咯。 这个 stack_start 标号定义在了很久之后才会讲到的 sched.c 里，我们这里拿出来分析一波。

long user_stack[4096 >> 2];

struct
{
  long *a;
  short b;
}
stack_start = {&user_stack[4096 >> 2], 0x10};

这啥意思呢？
 首先，stack_start 结构中的高位 8 字节是 0x10，将会赋值给 ss 栈段寄存器，低位 16 字节是 user_stack 这个数组的最后一个元素的地址值，将其赋值给 esp 寄存器。 赋值给 ss 的 0x10 仍然按照保护模式下的段选择子去解读，其指向的是全局描述符表中的第二个段描述符（数据段描述符），段基址是 0。
赋值给 esp 寄存器的就是 user_stack 数组的最后一个元素的内存地址值，那最终的栈顶地址，也指向了这里（user_stack + 0），后面的压栈操作，就是往这个新的栈顶地址处压咯。 继续往下看

call setup_idt ;设置中断描述符表
call setup_gdt ;设置全局描述符表
mov eax,10h
mov ds,ax
mov es,ax
mov fs,ax
mov gs,ax
lss esp,_stack_start

先设置了 idt 和 gdt，然后又重新执行了一遍刚刚执行过的代码。
 为什么要重新设置这些段寄存器呢？因为上面修改了 gdt，所以要重新设置一遍以刷新才能生效。那我们接下来就把目光放到设置 idt 和 gdt 上。 中断描述符表 idt 我们之前没设置过，所以这里设置具体的值，理所应当。

setup_idt:
    lea edx,ignore_int
    mov eax,00080000h
    mov ax,dx
    mov dx,8E00h
    lea edi,_idt
    mov ecx,256
rp_sidt:
    mov [edi],eax
    mov [edi+4],edx
    add edi,8
    dec ecx
    jne rp_sidt
    lidt fword ptr idt_descr
    ret

idt_descr:
    dw 256*8-1
    dd _idt

_idt:
    DQ 256 dup(0)

不用细看，我给你说最终效果。
 中断描述符表 idt 里面存储着一个个中断描述符，每一个中断号就对应着一个中断描述符，而中断描述符里面存储着主要是中断程序的地址，这样一个中断号过来后，CPU 就会自动寻找相应的中断程序，然后去执行它。 那这段程序的作用就是，设置了 256 个中断描述符，并且让每一个中断描述符中的中断程序例程都指向一个 ignore_int 的函数地址，这个是个默认的中断处理程序，之后会逐渐被各个具体的中断程序所覆盖。比如之后键盘模块会将自己的键盘中断处理程序，覆盖过去。 那现在，产生任何中断都会指向这个默认的函数 ignore_int，也就是说现在这个阶段你按键盘还不好使。 设置中断描述符表 setup_idt 说完了，那接下来 setup_gdt 就同理了。我们就直接看设置好后的新的全局描述符表长什么样吧？

_gdt:
    DQ 0000000000000000h    ;/* NULL descriptor */
    DQ 00c09a0000000fffh    ;/* 16Mb */
    DQ 00c0920000000fffh    ;/* 16Mb */
    DQ 0000000000000000h    ;/* TEMPORARY - don't use */
    DQ 252 dup(0)

其实和我们原先设置好的 gdt 一模一样。
 也是有代码段描述符和数据段描述符，然后第四项系统段描述符并没有用到，不用管。最后还留了 252 项的空间，这些空间后面会用来放置任务状态段描述符 TSS 和局部描述符 LDT，这个后面再说。  为什么原来已经设置过一遍了，这里又要重新设置一遍，你可千万别想有什么复杂的原因，就是因为原来设置的 gdt 是在 setup 程序中，之后这个地方要被缓冲区覆盖掉，所以这里重新设置在 head 程序中，这块内存区域之后就不会被其他程序用到并且覆盖了，就这么个事。 说的口干舌燥，还是来张图吧。  如果你本文的内容完全不能理解，那就记住最后这张图就好了，本文代码就是完成了这个图中所示的一个指向转换而已，并且给所有中断设置了一个默认的中断处理程序 ignore_int，然后全局描述符表仍然只有代码段描述符和数据段描述符。 好了，本文就是两个描述符表位置的变化以及重新设置，再后面一行代码就是又一个令人兴奋的功能了！

jmp after_page_tables
...
after_page_tables:
    push 0
    push 0
    push 0
    push L6
    push _main
    jmp setup_paging
L6:
    jmp L6

那就是开启分页机制，并且跳转到 main 函数！

这可太令人兴奋了！开启分页后，配合着之前讲的分段，就构成了内存管理的最最底层的机制。而跳转到 main 函数，标志着我们正式进入 c 语言写的操作系统核心代码！

欲知后事如何，且听下回分解。

------- 本回扩展资料 -------

保护模式下逻辑地址到线性地址（不开启分页时就是物理地址）的转化，看 Intel 手册：

Volume 3 Chapter 3.4 Logical And Linear Addresses

段描述符结构和详细说明，看 Intel 手册：

Volume 3 Chapter 3.4.5 Segment Descriptors

对操作系统如何编译的，比如好奇那个 system 是怎么来的，可以尝试理解一下 Linux 0.11 源码中的 Makefile，这个我就不展开讲了，我们把更多经历，放在操作系统是怎么一步一步构建起来的这个过程。

------- 关于本系列 -------

本系列的开篇词看这

本系列的扩展资料看这（也可点击阅读原文），这里有很多有趣的资料、答疑、互动参与项目，持续更新中，希望有你的参与。

https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk

本系列全局视角

最后，祝大家都能追更到系列结束，只要你敢持续追更，并且把每一回的内容搞懂，我就敢让你在系列结束后说一句，我对 Linux 0.11 很熟悉。

另外，本系列完全免费，希望大家能多多传播给同样喜欢的人，同时给我的 GitHub 项目点个 star，就在阅读原文处，这些就足够让我坚持写下去了！我们下回见。