Linux 0.11核心的啟動過程
Linux 0.11核心的啟動過程
一、Image檔案的構成
1.1 Makefile中的相關命令
Linux 0.11的主Makefile檔案中，有如下欄位：
tools/build: tools/build.c
$(CC) $(CFLAGS) \
-o tools/build tools/build.c
這個是對tools/build.c程式的編譯。
Image: boot/bootsect boot/setup tools/system tools/build
objcopy -O binary -R .note -R .comment tools/system tools/kernel
tools/build boot/bootsect boot/setup tools/kernel $(ROOT_DEV) > Image
rm tools/kernel -f
sync
objcopy這條命令首先將tools/system這個編譯後的核心程式碼製作成純二進位制檔案，儲存在tools/kernel中，然後使用上述編譯好的build工具，將boot/bootsect、boot/setup、tools/kernel、根裝置號作為build的引數，並將結果重定向輸出到Image中。最後強制刪除tools/kernel。
1.2 build.c程式的功能
首先根據傳入引數的個數，設定根裝置號，並填寫到第一個扇區的第508,509位元組中，也就是說我們可以覆蓋根裝置號，自主設定根裝置號，如果我們沒有指定根裝置號，build.c程式將使用預設值DEFAULT_MAJOR_ROOT，DEFAULT_MINOR_ROOT，這個值可能是0x21d，也就是第二個軟盤。由於使用的是重定向，DEBUG資訊只能通過stderr來輸出。
然後讀取boot/bootsect，先讀掉MINIX可執行檔案頭，再讀取512位元組二進位制程式碼，並寫到標準輸出流1中。
接著把boot/setup也輸出到標準輸出流1中，先讀掉MINIX可執行檔案頭，再繼續讀取剩下的整個檔案，然後補0，直到4個扇區為止。
對於bootsect和setup的編譯，有
boot/bootsect:boot/bootsect.s
$(AS86) -o boot/bootsect.o boot/bootsect.s
$(LD86) -s -o boot/bootsect boot/bootsect.o
boot/setup: boot/setup.s
$(AS86) -o boot/setup.o boot/setup.s
$(LD86) -s -o boot/setup boot/setup.o
也就是使用as86和ld86來編譯的，可執行檔案與gcc編譯後的不一樣。
接著讀取boot/kernel，將其全部輸出到標準輸出流1中，注意核心的大小不超過0x30000個位元組，也就是192KB。
對於system的編譯，有
tools/system:boot/head.o init/main.o \
$(ARCHIVES) $(DRIVERS) $(MATH) $(LIBS)
$(LD) $(LDFLAGS) boot/head.o init/main.o \
$(ARCHIVES) \
$(DRIVERS) \
$(MATH) \
$(LIBS) \
-o tools/system
nm tools/system | grep -v '\(compiled\)\|\(\.o$$\)\|\( [aU] \)\|\(\.\.ng$$\)\|\(LASH[RL]DI\)'| sort > System.map
很顯然，它是將很多核心程式碼連線在一起的，其中head.o在system的最前面。
最後在主Makefile中，還提供了這樣的工具：
disk: Image
dd bs=8192 if=Image of=/dev/fd0
表示將Image拷貝到/dev/fd0這個軟盤中
1.3 Image檔案的構成
二、boosect程式碼的作用
2.1 概述
bootsect位於啟動盤的第一個扇區，由BIOS自動載入到記憶體的0x7c00的位置，且只加載第一個扇區，共512位元組。載入後將跳到0x7c00來執行程式碼，此時CS = 0x7c0，IP = 0，即指向第一條指令程式碼。
bootsect首先將自身移動到0x90000的位置，然後跳到0x90000的go標號處執行，重新設定DS = ES = SS = 0x9000、SP = 0xff00，棧頂在0x9ff00處。
接著使用BIOS 0x13號中斷，將setup共4個扇區的程式碼載入到0x90200開始的位置，驅動器0?。
然後讀取軟盤（第83行）的每個磁軌的最大扇區數，並填到標號sectors兩個位元組的記憶體中。這個量可以給讀取system使用。接著讀取游標位置，在螢幕顯示標號msg1的資訊：
”\r\nLoading system ...\r\n\r\n”，並移動游標。
再讀取system的程式碼到0x10000中，注意system的大小不會超過192KB，所以末端為0x40000。將第6個扇區（從1開始）開始的讀取0x30000個位元組到記憶體0x10000中。
接著對第509和510位元組值進行檢測，如果值不為0，則跳到setup處（CS = 0x9020，IP = 0，139行)執行。事實上，509和510位元組中的初始值為0x306，也就是第二個硬碟第一個分割槽。但我們可以在build時改變它的值。
思考：這裡貌似設定了只能在軟盤中啟動，包括核心程式碼system，也固定從軟盤中載入。
2.2 程式流程圖
三、setup程式碼的作用
3.1 概述
setup利用BIOS 0x10中斷，讀取游標的位置，擴充套件記憶體的大小，顯示卡引數，以及兩個硬碟引數表資訊到起始記憶體0x90000中，也就是bootsect的程式碼被覆蓋，其中硬碟引數表與硬碟分割槽表不一樣，且起始位置為0x90080和0x90090，每個都有16個位元組，第二個硬碟引數表不存在的話，初始化為0。而且0x901FC儲存的根裝置號沒有被覆蓋。
接著將核心程式碼system從0x10000移動到0開始的位置，即0x10000 ~ 0x90000的內容移動到0x0 ~ 0x80000，每次移動0x10000位元組，即64KB，共8次。
載入中斷描述符的段長&地址和全域性描述符的段長&地址（共6位元組）到相應暫存器中，然後開啟A20地址線，遮蔽8254主從晶片的所有請求，並將保護模式置位（CR0暫存器中的最低位），此時中斷標誌沒有置位，也就是沒有開啟中斷。自此從真實模式進入保護模式，但分頁未開啟。
跳到CS = 8，IP = 0（第193行），即地址為0的地方開始執行，也就是system的head.o開始執行。此時選擇子RPL = 0。
注意：GDT位於setup.s的205行（地址為：0x90200 + gdt)，共有3項，每項8位元組。第一項不用，預設為0。第二項是程式碼段，基地址是0，長度為8MB，可讀執行。第三項為資料段，基地址為0，長度為8MB，可讀寫。這個GDT是臨時的，提供給核心啟動使用而已。
上述是為執行核心程式碼作準備。
3.2 程式流程圖
四、head.s程式碼的作用
4.1 概述
在主Makefile中，有
boot/head.o: boot/head.s
gcc -I./include -traditional -c boot/head.s -m32
mv head.o boot/
顯然head.s格式是AT&T組合語言格式，使用的是gcc編譯器，因為它最終要與其他用C語言寫的模組進行連線。
由於剛開啟保護模式，這時候真實模式下的段地址已經不能使用。故head.s首先將各個資料段重新設定為段選擇子，且為0x10，RPL = 0。設定堆疊為stack_start（位於sched.c的69行)，使用的堆疊起始是user_stack，共一頁記憶體。這個堆疊即為核心初始化時使用的系統堆疊。然後重新設定IDT，使用(0x8, ignore_int)作為所有中斷髮生的入口地址，初始化idt開始的2KB記憶體，最後LIDT載入到暫存器中。ignore_int僅僅列印一行”Unknown interrupt!\n\r”。
使用LGDT重新設定GDT，第一項依舊不用，第二項為程式碼段0x08，基地址為0，長度為16MB，只可以執行。第三項為核心資料段0x10，基地址為0，長度為16MB，可讀寫。第四項置為0，不用，剩下的252項全部初始化為0。注意DPL = 0。由於GDT重新設定，快取無效，必須重新更新段暫存器。
接著檢查A20地址線是否開啟。檢查的方式是項0x10000(1MB)逐漸寫入1,2,3,4...然後比較記憶體0處是否為該值，如果是則不斷迴圈，否則說明已經開啟，放入0x10000的值不會放入0處。
然後跳到after_page_tables標號處執行（135行）。佈置setup_paging執行後執行main函式的環境：
當前棧頂指向main，即SP = user_stack + PAGE_SIZE - 16。然後執行jmp setup_paging，跳到setup_paging處執行，注意該函式有ret，即最後會跳到main函式處執行。
setup_paging主要是初始化一個頁目錄和4個頁表，共有16MB位元組的記憶體，完成低16MB記憶體的線性地址和實體地址的一一對映，也就是核心態下實體地址和線性地址是一樣的。注意這是從高地址到地址完成的（方向位std）。剛好與上述設定的核心程式碼段和核心資料段的段長一致。然後初始化CR3暫存器為頁目錄地址0，CR0的第31位（最高位）置1，開啟分頁模式。
setup_paging這段程式碼執行後，記憶體地址0處的head.o部分程式碼將被頁目錄覆蓋。低5頁記憶體映像如下：
4.2 程式流程圖
五、main函式啟動任務0,1
前面主要涉及到獲取硬體引數，進入保護模式，開啟分頁模式，初始化中斷描述符合和全域性描述符等工作，所以用了組合語言來寫。main函式位於/init/main.c中，是用C語言寫的。注意在用gcc編譯時，要將main改名，這樣才能讓heas.s位於system模組的開頭，否則gcc會認為main才是入口。main主要是設定中斷時執行的函式，塊裝置和字元裝置的初始化，tty初始化，以及記憶體緩衝區連結串列的初始化，系統開機時間的初始化，硬碟的初始化，以及任務0的初始化，允許中斷處理，然後將任務0移動到使用者態下執行，啟動任務1（init程序），進入無休止的睡眠。任務1掛載根檔案系統，設定標準輸入輸出和錯誤，並建立shell程序，最後迴圈等待所有子程序退出，回收殭屍程序。下面的工作事實上都是由任務0完成的，按照main函式呼叫次序組織。
5.1 頁框的初始化
main中對應的函式呼叫是mem_init(main_memory_start,memory_end)
其中，對於bochs來說，main_memory_start = 4MB，memory_end = 16MB，第二個值為1MB + 從BIOS獲得的擴充套件記憶體的大小，但不超過16MB。顯然主記憶體通常是1MB以上的記憶體，也就是擴充套件記憶體。這個記憶體主要是用來規劃頁框。
這個函式位於mm/memory.c中的第400行(p344)：
void mem_init(long start_mem, long end_mem)
{
int i;
HIGH_MEMORY = end_mem;
for (i = 0 ; i < PAGING_PAGES; i++)
mem_map[i] = USED;
i = MAP_NR(start_mem);
end_mem -= start_mem;
end_mem >>= 12;
while (end_mem-->0)
mem_map[i++]=0;
}對於0.11的核心，其最大可規劃的主記憶體是15MB，所以mem_map對應的是這15MB的使用情況，對於1MB~4MB，其下標從0開始，初始化為0表示未被使用。1MB以下記憶體用於存放核心程式碼和視訊記憶體。
5.2 具體中斷的初始化
trap_init();
這個函式位於kernel/traps.c的181行(p80):
void trap_init(void)
{
int i;
set_trap_gate(0,÷_error);
set_trap_gate(1,&debug);
set_trap_gate(2,&nmi);
set_system_gate(3,&int3); /* int3-5 can be called from all */
set_system_gate(4,&overflow);
set_system_gate(5,&bounds);
set_trap_gate(6,&invalid_op);
set_trap_gate(7,&device_not_available);
set_trap_gate(8,&double_fault);
set_trap_gate(9,&coprocessor_segment_overrun);
set_trap_gate(10,&invalid_TSS);
set_trap_gate(11,&segment_not_present);
set_trap_gate(12,&stack_segment);
set_trap_gate(13,&general_protection);
set_trap_gate(14,&page_fault);
set_trap_gate(15,&reserved);
set_trap_gate(16,&coprocessor_error);
for (i=17; i<48; i++)
set_trap_gate(i,&reserved);
set_trap_gate(45,&irq13);
outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21);
outb(inb_p(0xA1)&0xdf,0xA1);
set_trap_gate(39,illel_interrupt);
}從中可以看出，主要是設定了0~47號中斷的入口地址到IDT中，其中32~47這16箇中斷對應的是8259晶片的中斷，並開放了8259的兩個中斷請求。剩下的8259中斷，將在各個初始化函式中設定。
其中set_trap_gate(n, addr)位於include/asm/system.h中的第36行(p390)，主要是在idt的對應偏移中設定入口地址，製作描述符。
page_fault函式位於mm/page.s(p345)中，主要是缺頁時或者防寫時，呼叫相應的記憶體處理函式。這個函式是實現寫時複製的關鍵。
5.3 塊裝置的初始化
blk_dev_init();
這個函式位於kernel/blk_drv/ll_rw_blk.c第157行(p153)：
void blk_dev_init(void)
{
int i;
for (i=0 ; i<NR_REQUEST ; i++)
{
request[i].dev = -1;
request[i].next = NULL;
}
}上述函式中，主要是對32個請求項進行初始化，表示沒被使用。
struct request的結構定義在kernel/blk_drv/blk.h(p134)：
struct request
{
int dev; /* -1 if no request */
int cmd; /* READ or WRITE */
int errors;
unsigned long sector;
unsigned long nr_sectors;
char * buffer;
struct task_struct * waiting;
struct buffer_head * bh;
struct request * next;
};定義了完整的請求資訊，包括哪個裝置讀或寫請求哪幾個扇區，然後將扇區讀到哪個緩衝區中，或寫哪個緩衝區，同時還有等待當前項的程序連結串列。request請求是一個連結串列，通過next連線，linux電梯排程也在這裡發生，涉及到底層IO操作。
5.4 字元裝置的初始化
chr_dev_init();
該函式為空。
tty_init();
這個函式定義在kernel/chr_drv/tty_io.c的第105行(p218)：
void tty_init(void)
{
rs_init();
con_init();
}其中rs_init()位於kernel/chr_drv/serial.c第37行(p211)：
void rs_init(void)
{
set_intr_gate(0x24,rs1_interrupt);
set_intr_gate(0x23,rs2_interrupt);
init(tty_table[1].read_q.data);
init(tty_table[2].read_q.data);
outb(inb_p(0x21)&0xE7,0x21);
}這個函式主要設定串列埠1和串列埠2的中斷處理函式，同時初始化串列埠1和串列埠2的一些硬體屬性。
con_init()位於kernel/chr_drv/console.c的第617行(p205)：
void con_init(void)
{
register unsigned char a;
char *display_desc = "????";
char *display_ptr;
video_num_columns = ORIG_VIDEO_COLS;
video_size_row = video_num_columns * 2;
video_num_lines = ORIG_VIDEO_LINES;
video_page = ORIG_VIDEO_PAGE;
video_erase_char = 0x0720;
if (ORIG_VIDEO_MODE == 7) /* Is this a monochrome display? */
{
video_mem_start = 0xb0000;
video_port_reg = 0x3b4;
video_port_val = 0x3b5;
if ((ORIG_VIDEO_EGA_BX & 0xff) != 0x10)
{
video_type = VIDEO_TYPE_EGAM;
video_mem_end = 0xb8000;
display_desc = "EGAm";
}
else
{
video_type = VIDEO_TYPE_MDA;
video_mem_end = 0xb2000;
display_desc = "*MDA";
}
}
else /* If not, it is color. */
{
video_mem_start = 0xb8000;
video_port_reg = 0x3d4;
video_port_val = 0x3d5;
if ((ORIG_VIDEO_EGA_BX & 0xff) != 0x10)
{
video_type = VIDEO_TYPE_EGAC;
video_mem_end = 0xbc000;
display_desc = "EGAc";
}
else
{
video_type = VIDEO_TYPE_CGA;
video_mem_end = 0xba000;
display_desc = "*CGA";
}
}
/* Let the user known what kind of display driver we are using */
display_ptr = ((char *)video_mem_start) + video_size_row - 8;
while (*display_desc)
{
*display_ptr++ = *display_desc++;
display_ptr++;
}
/* Initialize the variables used for scrolling (mostly EGA/VGA) */
origin = video_mem_start;
scr_end = video_mem_start + video_num_lines * video_size_row;
top = 0;
bottom = video_num_lines;
gotoxy(ORIG_X,ORIG_Y);
set_trap_gate(0x21,&keyboard_interrupt);
outb_p(inb_p(0x21)&0xfd,0x21);
a=inb_p(0x61);
outb_p(a|0x80,0x61);
outb(a,0x61);
}
5.5 系統時間的初始化
time_init() : 讀取當前系統啟動時的詳細時間，如2016.12.05 20:13:14，但是以1970.01.01 00:00:00為起點表示的秒。而jiffies表示的系統執行時間，單位是10ms，每10ms發生一次日時鐘中斷，而該變數會加一，該變數是計算機世界的“時間”。start_up + jiffies / 100表示的將是實際的時間。
這個函式位於init/main.c第76行(p64)：
static void time_init(void)
{
struct tm time;
do
{
time.tm_sec = CMOS_READ(0);
time.tm_min = CMOS_READ(2);
time.tm_hour = CMOS_READ(4);
time.tm_mday = CMOS_READ(7);
time.tm_mon = CMOS_READ(8);
time.tm_year = CMOS_READ(9);
}
while (time.tm_sec != CMOS_READ(0));
BCD_TO_BIN(time.tm_sec);
BCD_TO_BIN(time.tm_min);
BCD_TO_BIN(time.tm_hour);
BCD_TO_BIN(time.tm_mday);
BCD_TO_BIN(time.tm_mon);
BCD_TO_BIN(time.tm_year);
time.tm_mon--;
startup_time = kernel_mktime(&time);
}主要是從CMOS中讀取實時時鐘，讀取到的是BCD碼，設定系統啟動時間到startup_time中，單位是秒。其中kernel_mktime()位於kernel/mktime.c(p91)，
該函式將從實時時鐘得到的年月日時秒轉化為秒：
long kernel_mktime(struct tm * tm)
{
long res;
int year;
year = tm->tm_year - 70;
/* magic offsets (y+1) needed to get leapyears right.*/
res = YEAR*year + DAY*((year+1)/4);
res += month[tm->tm_mon];
/* and (y+2) here. If it wasn't a leap-year, we have to adjust */
if (tm->tm_mon>1 && ((year+2)%4))
res -= DAY;
res += DAY*(tm->tm_mday-1);
res += HOUR*tm->tm_hour;
res += MINUTE*tm->tm_min;
res += tm->tm_sec;
return res;
}5.6 任務0的初始化
sched_init();
這個函式位於kernel/sched.c的385行(p102)：
void sched_init(void)
{
int i;
struct desc_struct * p;
if (sizeof(struct sigaction) != 16)
panic("Struct sigaction MUST be 16 bytes");
set_tss_desc(gdt+FIRST_TSS_ENTRY,&(init_task.task.tss));
set_ldt_desc(gdt+FIRST_LDT_ENTRY,&(init_task.task.ldt));
p = gdt+2+FIRST_TSS_ENTRY;
for(i=1; i<NR_TASKS; i++)
{
task[i] = NULL;
p->a=p->b=0;
p++;
p->a=p->b=0;
p++;
}
/* Clear NT, so that we won't have troubles with that later on */
__asm__("pushfl ; andl $0xffffbfff,(%esp) ; popfl");
ltr(0);
lldt(0);
outb_p(0x36,0x43); /* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
outb_p(LATCH & 0xff , 0x40); /* LSB */
outb(LATCH >> 8 , 0x40); /* MSB */
set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt);
outb(inb_p(0x21)&~0x01,0x21);
set_system_gate(0x80,&system_call);
}這個函式主要是利用任務0的任務狀態段和區域性描述符段的偏移地址對GDT描述符進行設定，同時選擇子載入到相應的暫存器中，剩餘的63個任務初始化為空，描述符也為空。最後設定時鐘中斷(32號)的入口地址，並開啟。設定128號系統呼叫中斷號的入口地址。其實，一開始的核心程式碼執行流就是任務0在執行。可以從include/linux/sched.h第115行(p405)找到INIT_TASK的定義：
#define INIT_TASK \
/* state etc */ { 0,15,15, \
/* signals */ 0,{{},},0, \
/* ec,brk... */ 0,0,0,0,0,0, \
/* pid etc.. */ 0,-1,0,0,0, \
/* uid etc */ 0,0,0,0,0,0, \
/* alarm */ 0,0,0,0,0,0, \
/* math */ 0, \
/* fs info */ -1,0022,NULL,NULL,NULL,0, \
/* filp */ {NULL,}, \
{ \
{0,0}, \
/* ldt */ {0x9f,0xc0fa00}, \
{0x9f,0xc0f200}, \
}, \
/*tss*/ {0,PAGE_SIZE+(long)&init_task,0x10,0,0,0,0,(long)&pg_dir,\
0,0,0,0,0,0,0,0, \
0,0,0x17,0x17,0x17,0x17,0x17,0x17, \
_LDT(0),0x80000000, \
{} \
}, \
}從上述任務0的LDT描述符中可以看出，第一個描述符不用，第二個為程式碼段，第三個為資料段，基地址都為0，段長都為640KB，對映核心程式碼。任務0的結構體TSS大部分都為0，主要設定了核心態的堆疊，這樣當任務切換到核心態時，可以獲取到核心態的堆疊，其他都會在任務切換時儲存到TSS相應的位置上。還設定了頁目錄地址，以後的程序的頁目錄都是一個，可以從sys_fork()從看出來。
5.7 記憶體高速緩衝區
buffer_init(buffer_memory_end);
由於在bochs中，記憶體超過16MB，而linux 0.11最大支援16MB的記憶體。故buffer_memory_end = 4MB。注意高速緩衝區必須跳過視訊記憶體區域640KB~1MB。此時的高速緩衝區為核心程式碼末端~640KB，1MB~4MB。主記憶體區則為4MB~16MB。
這個函式位於fs/buffer.c的第351行(p250)：
void buffer_init(long buffer_end)
{
struct buffer_head * h = start_buffer;
void * b;
int i;
if (buffer_end == 1<<20)
b = (void *) (640*1024);
else
b = (void *) buffer_end;
while ( (b -= BLOCK_SIZE) >= ((void *) (h+1)) )
{
h->b_dev = 0;
h->b_dirt = 0;
h->b_count = 0;
h->b_lock = 0;
h->b_uptodate = 0;
h->b_wait = NULL;
h->b_next = NULL;
h->b_prev = NULL;
h->b_data = (char *) b;
h->b_prev_free = h-1;
h->b_next_free = h+1;
h++;
NR_BUFFERS++;
if (b == (void *) 0x100000)
b = (void *) 0xA0000;
}
h--;
free_list = start_buffer;
free_list->b_prev_free = h;
h->b_next_free = free_list;
for (i=0; i<NR_HASH; i++)
hash_table[i]=NULL;
}這個函式首先確定高速緩衝區的位置，核心程式碼結束的地方是高速緩衝區的開始。跳過視訊記憶體640KB~1MB。NR_BUFFERS定義在fs/buffer.c的第34行，統計緩衝塊的個數。
注意這裡緩衝頭從高速緩衝區的起始開始分配，而緩衝塊則從後往前，從高速緩衝區的末端開始分配，構成一一對應的管理關係。每個緩衝頭指向一塊高速緩衝區，緩衝頭前後項相互指向，構建空閒記憶體雙向環形連結串列。最後free_list指向第一項，初始化整個hash_table為空。
綜合上面核心程式碼的移動，分頁，以及這裡的高速緩衝區，記憶體的映像如下：
5.8 硬碟的初始化
hd_init();
這個函式位於kernel/blk_drv/hd.c的第343行(p146)：
void hd_init(void)
{
blk_dev[MAJOR_NR].request_fn = DEVICE_REQUEST;
set_intr_gate(0x2E,&hd_interrupt);
outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21);
outb(inb_p(0xA1)&0xbf,0xA1);
}主要是設定請求函式，設定46號中斷，即硬碟中斷的處理函式，同時將主8254的int2開放，允許從片發出中斷。復位硬碟中斷IRQ14遮蔽碼。硬碟的主裝置號是MAJOR_NR = 3。
5.9 軟盤的初始化
floppy_init();
這個函式位於kernel/blk_drv/floppy.c的第458行(p168)：
void floppy_init(void)
{
blk_dev[MAJOR_NR].request_fn = DEVICE_REQUEST;
set_trap_gate(0x26,&floppy_interrupt);
outb(inb_p(0x21)&~0x40,0x21);
}這個函式主要是設定軟盤中斷的設定軟盤中斷的處理函式，將IRQ6的軟盤中斷開放。軟盤的主裝置號是MAJOR_NR = 2。
5.10 任務0切換到使用者態下執行
接著，允許系統發生中斷，並將任務0切換到使用者態下執行：
sti();
move_to_user_mode();
這兩個嵌入式彙編巨集均在include/asm/system.h(p389)：
#define move_to_user_mode() \
__asm__ ("movl %%esp,%%eax\n\t" \
"pushl $0x17\n\t" \
"pushl %%eax\n\t" \
"pushfl\n\t" \
"pushl $0x0f\n\t" \
"pushl $1f\n\t" \
"iret\n" \
"1:\tmovl $0x17,%%eax\n\t" \
"movw %%ax,%%ds\n\t" \
"movw %%ax,%%es\n\t" \
"movw %%ax,%%fs\n\t" \
"movw %%ax,%%gs" \
:::"ax")
#define sti() __asm__ ("sti"::)可以發現，在切換到使用者態時，中斷已經開啟。該巨集佈置了中斷返回現場，即SS = 0x17, ESP = 原來的的系統核心棧(user_stack)棧頂(跳轉到main時有16位元組沒退出), EFLAGS, CS = 0xf, EIP = 標號1處的地址。也就是，系統的核心棧，經切換之後變為了任務0使用者態下的棧，特權級變為3，切換後使用的是LDT的地址，然而對應的段基地址仍為0，考慮到頁目錄的基地址為0，故任務0執行的仍然是核心程式碼。
接著創建出init程序，然後任務0進入無休止的睡眠。
if (!fork()) /* we count on this going ok */
{
init();
}
for(;;)
{
pause();
}fork，pause均為核心提供的(dup，wait等也是)，用於任務0在使用者態下啟動程序的核心庫函式。
5.11 任務0的流程圖
六、任務1(init程序)的執行過程
init程序主要是掛載檔案系統，設定標準輸入輸出錯誤控制代碼，同時創建出程序2，執行shell。init程序作為所有孤兒程序的父程序，最後不斷取回使用者程序的退出碼，回收殭屍程序，撤銷程序表項。此時所有的程序都處在使用者態下執行。
6.1 掛載根檔案系統
setup((void*)&drive_info)
drive_info主要來源於bios對硬碟引數表的讀取，兩個硬碟共32位元組。
init是由任務0fork出來的，而drive_info本來就在編譯後的核心資料段中，類似的還有argv_rc, envp_rc, argv, envp等，這些東西最後都是被共享了，虛擬地址空間不同而已，引用的物理頁地址是一樣的，都是在上述一開始建立頁目錄和4個頁表時建立的。注意fork的機制，只需重新複製頁表就可以了，物理頁是一樣的，只要不對資料進行寫，則不會發生重新建立實體記憶體頁的現象（寫時複製）。
該函式對應的系統呼叫時sys_setup，位於kernel/blk_drv/hd.c(p140)第71行:
int sys_setup(void * BIOS)
{
static int callable = 1;
int i,drive;
unsigned char cmos_disks;
struct partition *p;
struct buffer_head * bh;
if (!callable)
return -1;
callable = 0;
#ifndef HD_TYPE
for (drive=0 ; drive<2 ; drive++)
{
hd_info[drive].cyl = *(unsigned short *) BIOS;
hd_info[drive].head = *(unsigned char *) (2+BIOS);
hd_info[drive].wpcom = *(unsigned short *) (5+BIOS);
hd_info[drive].ctl = *(unsigned char *) (8+BIOS);
hd_info[drive].lzone = *(unsigned short *) (12+BIOS);
hd_info[drive].sect = *(unsigned char *) (14+BIOS);
BIOS += 16;
}
if (hd_info[1].cyl)
NR_HD=2;
else
NR_HD=1;
#endif
for (i=0 ; i<NR_HD ; i++)
{
hd[i*5].start_sect = 0;
hd[i*5].nr_sects = hd_info[i].head*
hd_info[i].sect*hd_info[i].cyl;
}
/*
We querry CMOS about hard disks : it could be that
we have a SCSI/ESDI/etc controller that is BIOS
compatable with ST-506, and thus showing up in our
BIOS table, but not register compatable, and therefore
not present in CMOS.
Furthurmore, we will assume that our ST-506 drives
<if any> are the primary drives in the system, and
the ones reflected as drive 1 or 2.
The first drive is stored in the high nibble of CMOS
byte 0x12, the second in the low nibble. This will be
either a 4 bit drive type or 0xf indicating use byte 0x19
for an 8 bit type, drive 1, 0x1a for drive 2 in CMOS.
Needless to say, a non-zero value means we have
an AT controller hard disk for that drive.
*/
if ((cmos_disks = CMOS_READ(0x12)) & 0xf0)
if (cmos_disks & 0x0f)
NR_HD = 2;
else
NR_HD = 1;
else
NR_HD = 0;
for (i = NR_HD ; i < 2 ; i++)
{
hd[i*5].start_sect = 0;
hd[i*5].nr_sects = 0;
}
for (drive=0 ; drive<NR_HD ; drive++)
{
if (!(bh = bread(0x300 + drive*5,0)))
{
printk("Unable to read partition table of drive %d\n\r",
drive);
panic("");
}
if (bh->b_data[510] != 0x55 || (unsigned char)
bh->b_data[511] != 0xAA)
{
printk("Bad partition table on drive %d\n\r",drive);
panic("");
}
p = 0x1BE + (void *)bh->b_data;
for (i=1; i<5; i++,p++)
{
hd[i+5*drive].start_sect = p->start_sect;
hd[i+5*drive].nr_sects = p->nr_sects;
}
brelse(bh);
}
if (NR_HD)
printk("Partition table%s ok.\n\r",(NR_HD>1)?"s":"");
rd_load();
mount_root();
return (0);
}顯然，這個函式利用從BIOS中讀取的32個位元組（儲存在0x90080)，獲取到兩個硬碟驅動的柱面數、磁頭數、每磁軌扇區數、控制字等，然後我們可以計算出每個硬碟的扇區總數，hd[0],hd[5]分別代表第一、二塊硬碟，儲存起始扇區為0，以及整塊硬碟的扇區總數。如果第二塊硬碟引數中有出現0，則表示不存在，設定NR_HD = 1。我們可以在linclude/linux/config.h中註釋掉HD_TYPE，這樣就可以自定義兩塊硬碟的上述引數。
然後通過讀取每塊硬碟的第一個扇區，讀取硬碟分割槽表，初始化每個分割槽的起始扇區和扇區數，0x301~0x304, 0x306~0x309。注意，如果硬碟不存在，則不會執行這個步驟。
執行rd_load()，如果我們沒有定義虛擬硬碟，則不會以虛擬硬碟作為根裝置啟動。最後執行mount_root()，這個函式位於fs/super.c第242行(p270)：
void mount_root(void)
{
int i,free;
struct super_block * p;
struct m_inode * mi;
if (32 != sizeof (struct d_inode))
panic("bad i-node size");
for(i=0; i<NR_FILE; i++)
file_table[i].f_count=0;
if (MAJOR(ROOT_DEV) == 2)
{
printk("Insert root floppy and press ENTER");
wait_for_keypress();
}
for(p = &super_block[0] ; p < &super_block[NR_SUPER] ; p++)
{
p->s_dev = 0;
p->s_lock = 0;
p->s_wait = NULL;
}
if (!(p=read_super(ROOT_DEV)))
panic("Unable to mount root");
if (!(mi=iget(ROOT_DEV,ROOT_INO)))
panic("Unable to read root i-node");
mi->i_count += 3 ; /* NOTE! it is logically used 4 times, not 1 */
p->s_isup = p->s_imount = mi;
current->pwd = mi;
current->root = mi;
free=0;
i=p->s_nzones;
while (-- i >= 0)
if (!set_bit(i&8191,p->s_zmap[i>>13]->b_data))
free++;
printk("%d/%d free blocks\n\r",free,p->s_nzones);
free=0;
i=p->s_ninodes+1;
while (-- i >= 0)
if (!set_bit(i&8191,p->s_imap[i>>13]->b_data))
free++;
printk("%d/%d free inodes\n\r",free,p->s_ninodes);
}
這裡面的ROOT_DEV定義在fs/super.c第29行，然而它會在main.c中第110行被重新賦值，其值取自0x901fc，也就是啟動扇區的508,509位元組，這個值編譯結束後是固定的。對於以軟盤作為根裝置而言，一般是第二個軟盤，即0x21d，系統啟動後會提示：Insert root floppy and press ENTER”
這個函式首先設定全域性檔案描述符表為未使用，然後初始化超級塊陣列。讀取根裝置的超級塊，取超級塊陣列的第一項，超級塊位於第三四扇區，即第二資料塊，且讀取超級塊時會把i節點點陣圖和資料塊點陣圖都讀到高速緩衝區來。然後讀取該超級塊的第一個節點，作為根節點，同時將該超級塊代表的檔案系統的掛載點設定為根節點。然後讀取該超級塊中檔案系統的資料塊空閒塊數，空閒i節點數，並打印出統計資訊。
該函式執行結束後，會打印出NR_BUFFERS * BLOCK_SIZE，表示可用的緩衝區位元組數，不包含緩衝頭。再打印出主記憶體數，也就是用於分頁的記憶體。
3450 buffers = 3532800 bytes buffer space
Free mem: 12582912 bytes
6.2 啟動任務2（Shell程序)
shell程序是任務1使用fork建立的，繼承了程序1的檔案控制代碼，故它首先將標準輸入關閉，並以/etc/rc作為標準輸入，然後使用環境變數和引數，執行/bin/sh可執行檔案，啟動shell程序。
注：上述頁碼pxxx均表示《Linux核心完全註釋--趙炯》這本書中的頁碼。