學過C語言的人都知道,用C語言設計的程序都有一個main函數,而且是從main函數開始執行的。linux0.11的代碼是用C語言編寫的。奇怪的是,為什么在操作系統啟動時先執行的是三個由匯編語言寫成的程序,然后才開始執行main函數;為什么不是像我們熟知的C語言程序那樣,從main函數開始執行呢?
通常,我們用C語言編寫的程序都是用戶應用程序。這類程序的執行有一個很重要的特征,就是必須在操作系統的平臺上執行,也就是說,要由操作系統為應用程序創建進程,并把應用程序的可執行代碼從硬盤加載到內存。現在我們討論的是操作系統,不是普通的應用程序,這樣就出現了一個問題:應用程序是由操作系統加載的,操作系統該由誰加載呢?
從前面的只是中我們知道,加載操作系統的時候,計算機剛剛加電,只有BIOS程序在運行,而且此時的計算機處在16位實模式狀態,通過BIOS程序自身的代碼形成的16位的中斷向量表及相關的16位的中斷服務程序,將操作系統在軟盤上的第一扇區(512字節)的代碼加載到內存,BIOS能主動操作的內容也就到此為止了。準確的說,這是一個約定。對于第一扇區代碼的加載,不論是什么操作系統都是一樣的;從第二扇區開始,就要由第一扇區中的代碼來完成后續的代碼加載工作。
當加載工作完成后,好像仍然沒有立即執行main函數,而是打開A20,打開pe、pg,建立IDT、GDT......然后才開始執行main函數,這是什么道理?
原因是,Linux0.11是一個32位的實時多任務的現代操作系統,main函數肯定要執行的事32位的代碼。編譯操作系統代碼時,是由16位和32位不同的編譯選項的。如果選擇了16位,C語言編譯出來的代碼是16位模式的,結果可能是一個int型變量,只有2字節,而不是32位的4字節......這不是Linux0.11想要的。Linux0.11要的是32位的編譯結果。只有這樣才能成為32位的操作系統代碼。這樣的代碼才能用到32位總線(打開A20后的總線),才能用到保護模式和分頁,才能成為32位的實時多任務的現代操作系統。
開機時的16位實模式與main函數執行需要的32位保護模式之間有很大的差距,這個差距誰來填補?head.s做的就是這項工作。這期間,head程序打開A20,打開pe、pg。廢棄舊的、16位的中斷響應機制,建立新的32位的IDT......這些工作都做完了,計算機已經處在32位的保護模式狀態了,調用32位main函數的一切條件已經準備完畢,這時順理成章地調用main函數。后面的操作系統就可以用32位編譯的main函數完成。