你好，我是闪客。

这一讲，我们将欣赏从汇编语言跳转到 C 语言的最后几行代码，并且对整个第一部分做个回顾。

这样就跳跃到了主函数

上一讲我们设置好了idt、gdt、页表，还开启了保护模式。那么接下来，我们怎么跳到主函数呢？

来看看设置分页代码的那个地方（head.s 里），后面这个操作就是用来跳转到 main.c的。

after_page_tables:
    push 0
    push 0
    push 0
    push L6
    push _main
    jmp setup_paging
...
setup_paging:
    ...
    ret

直接解释起来非常简单。

push 指令就是压栈，五个 push 指令过去后，栈会变成这个样子。

然后你要注意，setup_paging 最后一个指令是 ret，也就是我们上一讲设置分页的代码里的最后一个指令，形象地说它叫返回指令。不过 CPU 可没有那么聪明，它并不知道该返回到哪里执行，只是很机械地把栈顶的元素值当做返回地址，跳转去那里执行。

我再描述一下具体细节，CPU会把 esp 寄存器（栈顶地址）所指向的内存处的值，赋值给 eip 寄存器，而 cs:eip 就是 CPU 要执行的下一条指令的地址。而此时栈顶刚好是 main.c 里写的 main 函数的内存地址，是我们刚刚特意压入栈的，所以 CPU 就自然而然跳过来了。

当然 Intel CPU 是设计了 call 和 ret 这一配对儿的指令，意为调用函数和返回。具体可以阅读 Intel 手册 Volumn 1 Chapter 6.4 CALLING PROCEDURES USING CALL AND RET。

压栈和出栈的具体过程，手册上面写得清清楚楚，还非常友好地放了张图。

我们这一讲用的是 Near Call，也就是左半边的图。

回到正题，继续看我们的压栈内容。

除了 main 函数的地址压栈外，其他压入栈中的数据（比如 L6），是 main 函数返回时的跳转地址，但由于在操作系统层面的设计上，main 是绝对不会返回的，所以也就没用了。而其他的三个压栈的 0，本意是作为 main 函数的参数，但实际上似乎也没有用到，所以你也不必关心。

主函数内容先睹为快

总之，经过这一个小小的骚操作，程序终于跳转到 main.c 这个由 C 语言写就的主函数 main 里了！让我们一睹为快：

void main(void) {
    ROOT_DEV = ORIG_ROOT_DEV;
    drive_info = DRIVE_INFO;
    memory_end = (1<<20) + (EXT_MEM_K<<10);
    memory_end &= 0xfffff000;
    if (memory_end > 16*1024*1024)
        memory_end = 16*1024*1024;
    if (memory_end > 12*1024*1024) 
        buffer_memory_end = 4*1024*1024;
    else if (memory_end > 6*1024*1024)
        buffer_memory_end = 2*1024*1024;
    else
        buffer_memory_end = 1*1024*1024;
    main_memory_start = buffer_memory_end;
    mem_init(main_memory_start,memory_end);
    trap_init();
    blk_dev_init();
    chr_dev_init();
    tty_init();
    time_init();
    sched_init();
    buffer_init(buffer_memory_end);
    hd_init();
    floppy_init();
    sti();
    move_to_user_mode();
    if (!fork()) {
        init();
    }
    for(;;) pause();
}

没错，这就是这个 main 函数的全部了。

从代码行数来说，最多的就是各种 init 函数，即各个模块的初始化函数；再之后的 fork 会创建一个新的进程，这个过程也是操作系统的一大难点。再往后的 init 操作，最终会启动一个 shell 程序与用户进行交互，这标志着操作系统建立完毕，达到了一个用户可用的状态。而整个操作系统也会最终停留在最后一行死循环中，永不返回，直到关机。

这些算是这个大系列后面内容的预告，内容会比第一季更加精彩，敬请期待。

好了，至此，整个第一部分就圆满结束了，因为这些都是为了跳进 main 函数的准备工作，所以我称之为进入内核前的苦力活，就完成了！来看看我们都做了什么。

我把这些称为进入内核前的苦力活，经过这样的流程，内存变成了后面这样：

之后，main.c 里的 main 函数就开始执行了，靠着我们辛辛苦苦建立起来的内存布局，向崭新的未来前进！至此，整个第一部分也就结束了！

第一部分总结与回顾

最后，我们回顾一下10讲的全部内容。

把操作系统请到内存中

当你按下开机键的那一刻，在主板上提前写死的固件程序 BIOS 会将硬盘中启动区的 512 字节的数据，原封不动复制到内存中的 0x7c00 这个位置，并跳转到那个位置去执行：

有了这个步骤之后，我们就可以把代码写在硬盘第一扇区，让 BIOS 帮我们加载到内存并由 CPU 去执行，我们不用操心这个过程。

而这一个扇区的代码，就是操作系统源码中最最最开始的部分，它可以执行一些指令，也可以把硬盘的其他部分加载到内存，其实本质上也是执行一些指令。这样，整个计算机今后如何运作，就完全掌控在我们自己手中，想怎么玩就怎么玩了。

接下来，直到第4讲，我们才讲到整个操作系统的编译和加载过程的全貌，就是下面这张图：

而我们这一季全部内容，其实就在讲 boot 文件夹下的三个汇编文件的内容，bootsect.s，setup.s 以及后面要和其他全部操作系统代码做链接的 head.s。

前5讲一直在调整内存的布局，把这块内存复制到那块，又把那块内存复制到这块，所以在第5讲的结尾，我让你记住这样一张图，在很长一段时间里，这个内存布局的大体框架都不会再变了。只要记住这张图，前5讲你抛在脑后也没关系。

保护模式与内存管理

从第6讲往后，操作系统逐渐进入保护模式，并设置分段、分页、中断等机制的地方。最终的内存布局变成了这个样子。

你看，idtr 寄存器指向了 idt，这个就是中断的设置；gdtr 寄存器指向了 gdt，这个就是全局描述符表的设置，可以简单理解为分段机制的设置；cr3 寄存器指向了页目录表的位置，这个就是分页机制的设置。

中断的设置，就引出了 CPU 与操作系统处理中断的流程。

分段和分页的设置，就引出了逻辑地址到物理地址的转换。

具体来说，逻辑地址到线性地址的转换，依赖 Intel 的分段机制。

而线性地址到物理地址的转换，依赖 Intel 的分页机制。

分段和分页，就是 Intel 管理内存的两大利器，也是内存管理最最最底层的支撑。

而 Intel 本身对于访问内存就分成三类：代码、数据、栈。而 Intel 也提供了三个段寄存器来分别对应这三类内存：代码段寄存器（cs）、数据段寄存器（ds）、栈段寄存器（ss）。

具体来说：

• cs:eip 表示了我们要执行哪里的代码。
• ds:xxx 表示了我们要访问哪里的数据。
• ss:esp 表示了我们的栈顶地址在哪里。

而第一部分的代码，也做了如下工作：

• 将 ds 设置为了 0x10，表示指向了索引值为 2 的全局描述符，即数据段描述符。
• 将 cs 通过一次长跳转指令设置为了 8，表示指向了索引值为 1 的全局描述符，即代码段描述符。
• 将 ss:esp 这个栈顶地址设置为 user_stack 数组的末端。

你看，分段和分页，以及这几个寄存器的设置，其实本质上就是安排我们今后访问内存的方式，做了一个初步规划，包括去哪找代码、去哪找数据、去哪找栈，以及如何通过分段和分页机制将逻辑地址转换为最终的物理地址。

而上面说的这一切，和 Intel CPU 这个硬件打交道比较多，设置了一些最基础的环境和内存布局，为之后进入 main 函数做了充分的准备。因为虽然 C 语言很底层了，但它也有自己不擅长的事情，需要交给汇编语言来做，这些工作就是进入内核前的苦力活。

参考资料

你可能好奇，同样是看源码，为啥课程里我好像“知道很多”？其实这离不开边看源码，边研读手册的习惯。

和第一季内容强相关的内容，我已经为你做了整理：

Intel手册下载地址：https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/intel-sdm.html

有关寄存器的详细信息，可以参考 Intel 手册：

Volume 1 Chapter 3.2 OVERVIEW OF THE BASIC EXECUTION ENVIRONMEN

如果想了解计算机启动时详细的初始化过程，可以参考 Intel 手册：

Volume 3A Chapter 9 PROCESSOR MANAGEMENT AND INITIALIZATION

如果想了解汇编指令的信息，可以参考 Intel 手册：

Volume 2 Chapter 3 ~ Chapter 5

保护模式下逻辑地址到线性地址（不开启分页时就是物理地址）的转化，看 Intel 手册：

Volume 3 Chapter 3.4 Logical And Linear Addresses

关于逻辑地址-线性地址-物理地址的转换，可以参考 Intel 手册：

Volume 3A Chapter 3 Protected-Mode Memory Management

段描述符结构和详细说明，看 Intel 手册：

Volume 3 Chapter 3.4.5 Segment Descriptors

页目录表和页表的具体结构，可以看 ：

Volume 3A Chapter 4.3 32-bit paging

关于 ret 指令，其实 Intel CPU 是配合 call 设计的，有关 call 和 ret 指令，即调用和返回指令，可以参考 Intel 手册：

Volume 1 Chapter 6.4 CALLING PROCEDURES USING CALL AND RET

Linux 0.11 的代码，就是照着 Intel 手册敲出来的，我们不看手册去研究代码，就和不看产品设计文档就去敲代码一样。你浏览到网络资料后，感觉到云里雾里的很多知识点，在 Intel 手册里都可以找到详细且严谨的答案。

最后，希望你再看看 Linux 0.11 最开始的这一大段代码，就像看自己的亲儿子一样熟悉。欢迎你在留言区说说你的学习体会，或者聊聊你的心得与建议！