这篇文章的目的，在将 linuxkernel 的 boot 部份做一个介绍，因为笔者觉得很少有这样的文章介绍一个作业系统最最开始的一步 -- 把 kernel 本身载入至内存中，同时进行一些机器相关 (machinedependent) 的初始化工作，由于 linux 刚好使用的是大家最熟悉的 386 ， 486 系列 PC ，所以在说明其程序流程时，也刚好可以对其相关的 PC 硬体架构做探讨，可以说是一举两得，不过，我必须假设读者对于组合语言及 PC 最基础的架构，如寄存器，分段，分页，中断服务等有大概的认识。
　    读者可在 linuxsourcecode 的 /boot 子目录下找到几个以 .S 作为副档名的组合语言档，本文要说明的即是其中的 bootsect.S 及 setup.S 两个档案，及尽量简单的说明其所牵涉的相关硬体部份。
bootsect.S
　　这个程序是 linuxkernel 的第一个程序，包括了 linux 自己的 bootstrap 程序，但是在说明这个程序前，必须先说明一般 IBMPC 开机时的动作 ( 此处的开机是指 " 打开 PC 的电源 "):
　　一般 PC 在电源一开时，是由内存中地址 FFFF:0000 开始执行 ( 这个地址一定在 ROMBIOS 中， ROMBIOS 一般是在 FEOOOh 到 FFFFFh 中 ) ，而此处的内容则是一个 jump 指令， jump 到另一个位于 ROMBIOS 中的位置，开始执行一系列的动作，包括了检查 RAM ， keyboard ，显示器，软硬磁盘等等，这些动作是由系统测试码 (systemtestcode) 来执行的，随着制作 BIOS 厂商的不同而会有些许差异，但都是大同小异，读者可自行观察自家机器开机时，萤幕上所显示的检查讯息。
　　紧接着系统测试码之后，控制权会转移给 ROM 中的启动程序 (ROMbootstraproutine) ，这个程序会将磁盘上的零道零扇区读入内存中 ( 这就是一般所谓的 bootsector ，如果你曾接触过电脑病毒，就大概听过它的大名 ) ，至于被读到内存的哪里呢 ?-- 绝对位置 07C0:0000( 即 07C00h 处 ) ，这是 IBM 系列 PC 的特性。而位在 linux 开机磁盘的 bootsector 上的正是 linux 的 bootsect 程序，也就是说， bootsect 是第一个被读入内存中并执行的程序。现在，我们可以开始来看看到底 bootsect 做了什么。

第一步
　　首先， bootsect 将它 " 自己 " 从被 ROMBIOS 载入的绝对地址 0x7C00 处搬到 0x90000 处，然后利用一个 jmpi(jumpindirectly) 的指令，跳到新位置的 jmpi 的下一行去执行，关键的 assemblycode 如下 :
.
( 搬移 bootsect 本身 )
.
.
jmpigo,INITSEC
go:
.
.
.
　　表示将跳到 CS 为 0x9000 ， IP 为 offset"go" 的位置 (CS:IP=0x9000:offsetgo) ，其中 INITSEC=0x9000 定义于程序开头的部份，而 go 这个 label 则恰好是下一行指令所在的位置。
第二步
　　接着，将其它 segmentregisters 包括 DS ， ES ， SS 都指向 0x9000 这个位置，与 CS 看齐。另外将 SP 及 DX 指向一任意位移地址 (offset) ，这个地址等一下会用来存放磁盘参数表 (diskpara-metertable)
　　提到磁盘参数表，就必须提到 BIOS 中断 1Eh 。先简单的介绍一下 BIOS 的中断服务 :80x86 将内存最低的 256*4byte 保留给 256 个中断向量 ( 每个 interruptvector 大小为 4byte ，所以一共有 256*4=1024byte) ，而其中的第 1Eh 个向量指向 " 磁盘参数表 " ，这个表会告诉电脑如何去读取磁盘机，而我们所要做的事是搬移磁盘参数表到刚才所设定的任意地址。
　　接着，改变搬移来的参数表的参数，以符合我们的需要。再将中断向量 1Eh 指向我们所修改过的磁盘参数表，然后呼叫 BIOSinterrupt 的 int13h(function0 ，即 AH=0) 重置磁盘控制卡及磁盘驱动器，之后磁盘机就会照我们的意思动作了。如果你曾 trace 过 DOS 的 kernel ，你会发现，上述的动作在 DOS 中也有类似的对应流程。
现在让我们来看看关键的程序码 :.
.
.
push#0
popfs
movbx,#0x78
.
( 使 GS:SI=FS:BX ，指向磁盘参数表，
再将 GS:SI 所指地址的内容搬移 6 个
word 至 ES:DI 所指的地址 )
.
.
　　此段程序是将 FS:BX 调整成 0000:0078 ，接着再将 GS:SI 的内容设成与 FS:BX 相同，此处 0x78h 即为 int1Eh 的起始位置 (7*16+8=120,(1*16+14)*4=120) 。调整 ES:DI 为刚才所设定的任意地址，从 GS:SI 搬移 6 个 word( 即 12byte) 到 ES:DI 所指的位置，显然磁盘参数表的长度就是 6 个 word ， ( 不过事实上，磁盘参数表的确实长度是 11 个 byte) 。关于磁盘参数表，有兴趣的读者可自行参阅讲述 BIOSinterruptservices 的技术手册，会有详细的说明。
　　读者可以用 debug 自行观察自家机器上 DOS 的磁盘参数表的起始位置 ( 即 int1Eh 的内容 ) 。以下是笔者机器的情形 ( 笔者使用的作业系统是 MSDOS6.2):
C:>debug
-d0000:0000
0000:00008A101601F4067000-1600CB04F4067000......p.......p.
0000:0010F40670000301790E-43EB00F0EBEA00F0..p...y.C.......
0000:002004108E340C118E34-5700CB046F00CB04...4...4W...o...
0000:00308700CB0408079433-B700CB04F4067000.......3......p.
0000:00400C01790E4DF800F0-41F800F0BA165F06..y.M...A....._.
0000:005039E700F01B01790E-70118E341201790E9.....y.p..4..y.
0000:006000E000F085175F06-6EFE00F0EE067000......_.n.....p.
0000:007053FF00F0A4F000F0-220500003E4600C0S......."...>F..
^^^^^^^^
由上图中可知，在 DOS 中磁盘参数表的起始位置 (int1Eh 的内容 ) 为 0000:0522 。接着观察 DOS 中位置 0000:0522 开始的 11 个 byte ，也就是磁盘参数表的内容
C:>debug
-d0000:0520l10
0000:05204D53DF022502121B-FF54F60F08000000MS..%....T......
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
此 11byte 即为磁盘参数表的内容 ( 分别是 byte00h 到 0Ah)
　　在程序中我们所更动的是第五个 byte(byte04h) ，改为 18h( 在上图例子中为 12h) ，这个 byte 的功能是定义磁轨上一个磁区的资料笔数。关键的程序码如下 :
.
movb4(di),*18
.
　
第叁步
　　接着利用 BIOS 中断服务 int13h 的第 0 号功能，重置磁盘控制器，使得刚才的设定发挥功能。
.
.

xorah,ah
xordl,dl
int0x13


.
.
第四步
　　完成重置磁盘控制器之后， bootsect 就从磁盘上读入紧邻着 bootsect 的 setup 程序，也就是以后将会介绍的 setup.S ，此读入动作是利用 BIOS 中断服务 int13h 的第 2 号功能。 setup 的 image 将会读入至程序所指定的内存绝对地址 0x90200 处，也就是在内存中紧邻着 bootsect 所在的位置。待 setup 的 image 读入内存后，利用 BIOS 中断服务 int13h 的第 8 号功能读取目前磁盘机的参数。
第五步
　　再来，就要读入真正 linux 的 kernel 了，也就是你可以在 linux 的根目录下看到的 "vmlinuz" 。在读入前，将会先呼叫 BIOS 中断服务 int10h 的第 3 号功能，读取游标位置，之后再呼叫 BIOS 中断服务 int10h 的第 13h 号功能，在萤幕上输出字符串 "Loading" ，这个字符串在 bootlinux 时都会首先被看到，相信大家应该觉得很眼熟吧。
　　 linux 的 kernel 将会被读入至内存绝对地址 0x10000 处，键关的程序码如下 :
.
.
movax,#SYSSEG
moves,ax
callread_it
callkill_motor
.
.
　　其中 SYSSEG 于程序开头时定义为 0x1000 ，先将 ES 内容设为 0x1000 ，接着在 read_it 这个子程序便以 ES 为目的地的节地址，将 kernel 读入内存中，至于 read_it 子程序的详细内容笔者并不想一一介绍，不过聪明的读者们应该已经猜到， read_it 一定又利用了 BIOSint13h 与磁盘有关的 I/O 中断服务了。
　　至于 kill_motor 子程序，它的功能在于停止软盘机的马达 ( 各位聪明的读者会不会觉得这个子程序的名称取得颇为传神呢 ?) ，其程序码如下 :
.
.

kill_motor:
pushdx
movdx,#0x3f2
xoral,al
outb
popdx
ret
.


.
　　首先利用 DX 指定要输出的 port ，而 03f2 这个 port 则是代表了软盘控制器 (floppydiskcontroller) 的所在，再利用 outb 将资料送出，而我们送出的资料，当然就是归零过的 AL 了。如此一来，软盘的马达就停止了。
第六步
　　接下来做的事是检查 rootdevice ，之后就仿照一开始的方法，利用 indirectjump 跳至刚刚已读入的 setup 部份，程序码如下 :
.
.
jmpi0,SETYPSEG
　　其中 SETUPSEG 已在先前定义为 0x9020 ，所以 CS:IP 会设定为 9020:0000 ，即跳到绝对地址为 0x90200 ，也就是 setup 的起点。而 bootsect 也大功告成了。
到此为止，内存的内容应该如下图所示 :
比较
　　把大家所熟知的 MSDOS 与 linux 的开机部份做个粗浅的比较， MSDOS 由位于磁盘上 bootsector 的 boot 程序负责把 IO.SYS 载入内存中，而 IO.SYS 则负有把 DOS 的 kernel--MSDOS.SYS 载入内存的重责大任。而 linux 则是由位于 bootsector 的 bootsect 程序负责把 setup 及 linux 的 kernel 载入内存中，再将控制权交给 setup 。
　　至于 setup.S ，就留到下一次再来讨论了。