12 | 设置工作模式与环境（下）：探查和收集信息

经过一段时间的摸索，今天终于成功显示了Cosmos的logo界面了，遇到了几个坑，特此来给大家填坑了： 1、出现无法找到Cosmos的错误提示，如下： 正在生成Cosmos内核映像文件，请稍后…… 文件数：6 映像文件大小：4911104 Converting from raw image file="../hd.img" to file="../exckrnl/hd.vdi"... Creating dynamic image with size 104857600 bytes (100MB)... VBoxManage: error: Could not find a registered machine named 'Cosmos' VBoxManage: error: Details: code VBOX_E_OBJECT_NOT_FOUND (0x80bb0001), component VirtualBoxWrap, interface IVirtualBox, callee nsISupports VBoxManage: error: Context: "FindMachine(Bstr(a->argv[0]).raw(), machine.asOutParam())" at line 1044 of file VBoxManageStorageController.cpp make[1]: *** [vbox.mkf:13：idectrnul] 错误 1 make: *** [Makefile:101：VBOXRUN] 错误 2 解决办法：需要自己建立一个虚拟机，命名为 Cosmos 2、运行 make virtualtest 后，virtualbox启动后没有出现logo图片，而出现错误提示：INITKLDR DIE ERROR:S 解决办法：建立虚拟机时，需要选择为 64bit 的系统 3、这个问题是与第二个的关联问题，当你在建立虚拟机时，想选择64bit的系统，却发现只有 32bit 的 解决办法： VirtualBox安装64位的系统需要满足以下条件： 1. 64位的cpu 2. cpu允许硬件虚拟化 先来看第一个条件，64位的CPU，这个嘛，现在的笔记本一般都是64位的了，所以不用担心，除非是好几年之间的电脑。如果你不清楚，可以打开命令行，输入systeminfo，在输出的信息中找到CPU这一行，如果是X86_64的，就是64位CPU； 第二条，是否开启CPU硬件虚拟化1，这个嘛，各大厂商的情况不大相同，有的电脑默认开启了（比如，我的HP），有的没有，所以需要自行开启，开启方法：开机时按某个键进入BIOS设置界面2。 然后，setup==>security==>cpu virtualization，将cpu virtualization这一项由Disable设置为Enable。保存，然后重启电脑，硬件虚拟化就开启成功了。 如果你是通过windows + vmware + virtualbox 的方式实现的，还需要设置 VMware，打开vmware，找到对应的虚拟机，虚拟机设置->硬件->处理器->虚拟化引擎，这里一般会有三个选项，全都勾上 然后在打开该虚拟机，去virtualbox中建立虚拟机时，就会发现有 64bit 的选项了

大体上整理了一下，有几处没弄清楚【下半部分】： 11、返回到bstartparm.c 调用了chkcpmm.c的init_bstartpages 12、然后调用到了fs.c的move_krlimg函数申请了内存，建立了MMU页表： 顶级页目录，开始于0x1000000 页目录指针目录，开始于0x1001000，，共16项 ，其中每一项都指向一个页目录 页目录，开始于0x1002000， 每页指向512 个物理页，每页2MB【 0x200000】 让物理地址p[0]和虚拟地址p[((KRNL_VIRTUAL_ADDRESS_START) >> KPML4_SHIFT) & 0x1ff]，指向同一个页目录指针页，确保内核在启动初期，虚拟地址和物理地址要保持相同 没搞清楚为什么虚拟地址是这个，也暂时没搞清楚为何要指向(u64_t)((u32_t)pdpte | KPML4_RW | KPML4_P) 最后，把页表首地址保存在机器信息结构中 13、返回到bstartparm.c 调用了graph.c的init_graph A、初始化了数据结构 B、调用init_bgadevice 首先获取GBA设备ID 检查设备最大分辨率 设置显示参数，并将参数保存到mbsp结构中 C、如果不是图形模式，要通过BIOS中断进行切换，设置显示参数，并将参数保存到mbsp结构中： 获取VBE模式，通过BIOS中断 获取一个具体VBE模式的信息，通过BIOS中断 设置VBE模式，通过BIOS中断 这三个方法同样用到了realadr_call_entry，调用路径与上面_getmmap类似，不再展开 D、初始化了一块儿内存 感觉会与物理地址与虚拟地址之间转换由一定关系 E、进行logo显示 调用get_file_rpadrandsz定位到位图文件 调用bmp_print，读入像素点，BGRA转换 最后调用write_pixcolor，写入到mbsp->mb_ghparm正确的位置，图像就显示出来了 14、然后一路返回 到bstartparm.c的init_bstartparm 到ldrkrlentry.c的ldrkrl_entry 到ldrkrl32.asm的call ldrkrl_entry 再往下是jmp 0x2000000 这个地址就是IMGKRNL_PHYADR，就是刚才放Cosmos.eki的位置 15、然后就接上了本节最后一部分内容了，不容易啊！哈哈哈！

大体上整理了一下，有几处没弄清楚【上半部分】： 1、bstartparm.c从init_bstartparm函数开始 A、初始化machbstart_t 2、跳转到chkcpmm.c的init_chkcpu函数，检查是否支持CPUID功能 A、init_chkcpu函数 CPU自带检查方式：无法反转 Eflags第21位，表示CPU支持CPUID功能 如果反转成功，说明不支持CPUID，打印内核错误并退出 B、然后调用CPUID功能，判断是否支持长模式 先通过通过0x80000000参数，调用cpuid命令，判断CPU是否支持扩展处理器信息【返回值比0x80000000大】 如果支持，通过0x80000001参数，调用cpuid命令，获取扩展处理器信息，然后检测第29位，判断是否支持长模式 如果不支持，打印内核错误并退出 C、设置mbsp中cpumode为64位 3、返回chkcpmm.c，继续检测内存信息 A、跳转到chkcpmm.c的init_mem函数 B、通过mmap调用realadr_call_entry(RLINTNR(0),0,0) C、实际会执行ldrkrl32.asm的realadr_call_entry D、跳转到save_eip_jmp E、最后在cpmty_mode处，把 0x18：0x1000 [段描述索引：段内的偏移]，装入到 CS：EIP 寄存器中 F、而EIP这个地址恰恰是内存中initldrsve.bin的位置，因为之前write_realintsvefile把数据加载到了REALDRV_PHYADR 0x1000【而且在initldrsve.lds好像也指定了段内偏移0x1000】 同时CS中段描述符为k16cd_dsc，说明是16位代码段，可以执行，CPU继续从EIP地址执行 G、而initldrsve.bin是由realintsve.asm编译得到的，所以实际会继续执行realintsve.asm中代码 H、然后到real_entry这里，通过传入的参数ax，判断调用func_table哪个方法 当前参数位0，ax就是0，也就是调用了func_table的第一个函数_getmmap I、_getmmap中，通过BIOS的15h中断，获取内存信息 J、检查内存信息，如果小于128M，打印内核错误并退出 K、设置machbstart_t内存相关参数 L、然后调用了init_acpi 4、在init_acpi中 通过“RSD PTR ”及校验，判断是否支持ACPI功能 不支持则 打印内核错误并退出 5、返回到bstartparm.c 好像是确认了一下initldrsve.bin的状态，获取了一下文件内存地址及大小 6、返回到bstartparm.c，继续调用到chkcpmm.c的init_krlinitstack函数 7、然后调用到了fs.c的move_krlimg函数 首先判断新申请的地址，是否可用 -》如果可用直接使用 -》如果不可用，则判断申请的内存大小是否超出设备物理大小 -》-》如果超出大小，系统打印内核错误并退出 -》-》如果不超出大小，系统会将内存对齐到0x1000后，将initldrsve.bin移动到新位置，并修正地址 整体来说move_krlimg更像是申请内存，但不知道为何要不断驱赶initldrsve.bin文件 8、返回到chkcpmm.c 初始化栈顶和栈大小 9、返回到bstartparm.c 调用fs.c的init_krlfile函数，将Cosmos.eki加载到了IMGKRNL_PHYADR 并填写了mbsp相关内容 10、返回到bstartparm.c 调用了chkcpmm.c的init_meme820函数 然后调用到了fs.c的move_krlimg函数申请了内存，拷贝了一份e820map_t到Cosmos.eki之后的地址，并修正mbsp指向新地址 感觉和内存保护 或 物理地址与虚拟地址之间转换有一定关系

思考题还是挺麻烦的，主要是没有注释啊，很多字段的含义都是靠猜，文章也没有介绍到这些。 首先是 init_mem820 这个函数本身： ```c void init_meme820(machbstart_t *mbsp) { e820map_t *semp = (e820map_t *)((u32_t)(mbsp->mb_e820padr)); // e820数组地址 u64_t senr = mbsp->mb_e820nr; // 个数 e820map_t *demp = (e820map_t *)((u32_t)(mbsp->mb_nextwtpadr)); if (1 > move_krlimg(mbsp, (u64_t)((u32_t)demp), (senr * (sizeof(e820map_t))))) { kerror("move_krlimg err"); } m2mcopy(semp, demp, (sint_t)(senr * (sizeof(e820map_t)))); mbsp->mb_e820padr = (u64_t)((u32_t)(demp)); mbsp->mb_e820sz = senr * (sizeof(e820map_t)); mbsp->mb_nextwtpadr = P4K_ALIGN((u32_t)(demp) + (u32_t)(senr * (sizeof(e820map_t)))); mbsp->mb_kalldendpadr = mbsp->mb_e820padr + mbsp->mb_e820sz; return; } ``` 我们发现这个函数实际上在拷贝内存，即将 semp 指针处的 senr * (sizeof(e820map_t) 内存大小拷贝到 demp 处，而 demp 的地址正是 mb_nextwtpadr，那么这个 mb_nextwtpadr 是怎么来的呢？在init_krlfile函数中可以大致猜测： ```c void init_krlfile(machbstart_t *mbsp) { u64_t sz = r_file_to_padr(mbsp, IMGKRNL_PHYADR, "kernel.bin"); if (0 == sz) { kerror("r_file_to_padr err"); } mbsp->mb_krlimgpadr = IMGKRNL_PHYADR; mbsp->mb_krlsz = sz; // 页对齐 mbsp->mb_nextwtpadr = P4K_ALIGN(mbsp->mb_krlimgpadr + mbsp->mb_krlsz); mbsp->mb_kalldendpadr = mbsp->mb_krlimgpadr + mbsp->mb_krlsz; return; } ``` 没错，mb_nextwtpadr 正是跳过内核起始地址+内核大小后的第一个页地址，注意需要4k对齐。 那么刚才内存拷贝的意图也很明显，对于初始化后的内存，内核本身的内存映射是不可访问的，必须保护充分内核，所以 init_mem820 函数的作用是跳过内核初始化内存。 由于代码无注释，文中篇幅有限，如有错误，多多指正，望海涵~

首先，这个函数为啥这么命名，没整明白

大体上整理了一下，有几处没弄清楚【补充最后一段，发漏了】 15、然后就接上了本节最后一部分内容了，不容易啊！哈哈哈！ Cosmos.bin中【前面写错为Cosmos.eki了】，ld设置的程序入口为init_entry.asm的_start: 16、 init_entry.asm中_start: A、关闭中断 B、通过LGDT命令，指定长度和初始位置，加载GDT C、设置页表，开启PAE【CR4第五位设置为1】，将页表顶级目录放入CR3 D、读取EFER，将第八位设置为1，写回EFER，设置为长模式 E、开启保护模式【CR0第0位设置为1】，开启分页【CR0第31位设置为1】，开启CACHE【CR0第30位设置为0】，开启WriteThrough【CR0第29位设置为0】 F、初始化寄存器们 G、将之前复制到Cosmos.bin之后的mbsp地址，放入rsp H、0入栈，0x8入栈， hal_start 函数地址入栈 I、调用机器指令“0xcb48”，做一个“返回”操作，同时从栈中弹出两个数据[0x8：hal_start 函数地址]，到[CS：RIP] 长模式下，指令寄存器为RIP，也就是说下一个指令为hal_start 函数地址 CS中为0x8，对应到ekrnl_c64_dsc，对应到内核代码段，可以执行，CPU继续冲RIP地址执行 17、hal_start.c A、执行hal_start函数

回答下思考题，init_mem820() 的作用？ 先说结论，init_mem820 函数的作用是将 init_mem() 中获取到的内存信息转存到字体文件之后，其实就是为它找一个安稳的地方存放。 简单分析一下： init_mem() -> mmap() -> realadr_call_entry() 然后进入实模式调用中断，实模式的访址能力是有限，我们为中断处理指定临时的地址(E80MAP_ADRADR) 存放内存信息数组 #define ETYBAK_ADR 0x2000 #define E80MAP_ADRADR (ETYBAK_ADR+68) 接下来在把内核文件加载到指定内存地址，字体文件紧随其后，然后就是我们收集到的信息，我们还要把放在临时位置的信息复制出来。

我是vmware虚拟机，不支持VBE的118模式，一直在报错vbe mode not 118，手动改成117或者120，还是继续报错，这个怎么解决呀？

init_mem820()函数作用是把e820map结构数组从低地址处（0x2068）搬到高地址处（0x2000000之上）。 问什么要搬？在实模式下能用的地址空间有限，只能访问低地址。所以e820map结构数组不能一直存在低地址处。

这一讲的实验，我的配置是Win10+Virtualbox+Ubuntu用来做make编译，使用make vboxtest命令编译，有关Vbox的报错不用理会（我没在虚拟机下的虚拟机里安装），只要找到hd.vdi文件就好了，退出Ubuntu，另新建虚拟机使用这个hd.vdi就行了。如果只使用make，没有转换成hd.vdi