【從頭到腳品讀 Linux 0.11 原始碼】第一回最開始的兩行程式碼

閃客sun發表於2021-11-21

從這一篇開始，您就將跟著我一起進入這作業系統的夢幻之旅！

別擔心，每一章的內容會非常的少，而且你也不要抱著很大的負擔去學習，只需要像讀小說一樣，跟著我一章一章讀下去就好。

話不多說，直奔主題。當你按下開機鍵的那一刻，在主機板上提前寫死的韌體程式 BIOS 會將硬碟中啟動區的 512 位元組的資料，原封不動複製到記憶體中的 0x7c00 這個位置，並跳轉到那個位置進行執行。

啟動區的定義非常簡單，只要硬碟中的 0 盤 0 道 1 扇區的 512 個位元組的最後兩個位元組分別是 0x55 和 0xaa，那麼 BIOS 就會認為它是個啟動區。

所以對於我們理解作業系統而言，此時的 BIOS 僅僅就是個程式碼搬運工，把 512 位元組的二進位制資料從硬碟搬運到了記憶體中而已。所以作為作業系統的開發人員，僅僅需要把作業系統最開始的那段程式碼，編譯並儲存在硬碟的 0 盤 0 道 1 扇區即可。之後 BIOS 會幫我們把它放到記憶體裡，並且跳過去執行。

而 Linux-0.11 的最開始的程式碼，就是這個用匯編語言寫的 bootsect.s，位於 boot 資料夾下。

通過編譯，這個 bootsect.s 會被編譯成二進位制檔案，存放在啟動區的第一扇區。

隨後就會如剛剛所說，由 BIOS 搬運到記憶體的 0x7c00 這個位置，而 CPU 也會從這個位置開始，不斷往後一條一條語句無腦地執行下去。

那我們的夢幻之旅，就從這個檔案的第一行程式碼開始啦！

mov ax,0x07c0
mov ds,ax

好吧，先連續看兩行。

這段程式碼是用匯編語言寫的，含義是把 0x07c0 這個值複製到 ax 暫存器裡，再將 ax 暫存器裡的值複製到 ds 暫存器裡。那其實這一番折騰的結果就是，讓 ds 這個暫存器裡的值變成了 0x07c0。

ds 是一個 16 位的段暫存器，具體表示資料段暫存器，在記憶體定址時充當段基址的作用。啥意思呢？就是當我們之後用匯編語言寫一個記憶體地址時，實際上僅僅是寫了偏移地址，比如：

mov ax, [0x0001]

實際上相當於

mov ax, [ds:0x0001]

ds 是預設加上的，表示在 ds 這個段基址處，往後再偏移 0x0001 單位，將這個位置的記憶體資料，複製到 ax 暫存器中。

形象地比喻一下就是，你和朋友商量去哪玩比較好，你說天安門、南鑼鼓巷、頤和園等等，實際上都是偏移地址，省略了北京市這個基址。

當然你完全可以說北京天安門、北京南鑼鼓巷這樣，每次都加上北京這個字首。不過如果你事先和朋友說好，以下我說的地方都是北京市裡的哈，之後你就不用每次都帶著北京市這個詞了，是不是很方便？

那 ds 這個資料段暫存器的作用就是如此，方便了描述一個記憶體地址時，可以省略一個基址，沒什麼神奇之處。

ds : 0x0001

北京市 : 南鑼鼓巷

再看，這個 ds 被賦值為了 0x07c0，由於 x86 為了讓自己在 16 位這個真實模式下能訪問到 20 位的地址線這個歷史因素（不瞭解這個的就先別糾結為啥了），所以段基址要先左移四位。那 0x07c0 左移四位就是 0x7c00，那這就剛好和這段程式碼被 BIOS 載入到的記憶體地址 0x7c00 一樣了。

也就是說，之後再寫的程式碼，裡面訪問的資料的記憶體地址，都先預設加上 0x7c00，再去記憶體中定址。

為啥統一加上 0x7c00 這個數呢？這很好解釋，BIOS 規定死了把作業系統程式碼載入到記憶體 0x7c00，那麼裡面的各種資料自然就全都被偏移了這麼多，所以把資料段暫存器 ds 設定為這個值，方便了以後通過這種基址的方式訪問記憶體裡的資料。