外观
Skip to content 查看源代码：
查看源代码：
OS-06-enter-kernel.md
---
title: 操作系统(6) - 进入内核
createTime: 2025/6/9
---
> 本节的任务并不像以前一样可以直接从标题看出来，所以我们简要介绍一下。
> 在本节中，我们将完成引导阶段的最后一项工作：**退出 UEFI 环境、设置好内核运行所需的栈空间，并跳转进入我们的内核**。
---
## 正式和 UEFI 说再见
`ExitBootServices` 是 UEFI 世界与裸机世界的分水岭。一旦退出，UEFI 提供的所有服务（包括内存分配、文件访问、打印输出等）将彻底失效，内核将完全接管硬件。
调用 `ExitBootServices` 先要获取内存布局。它也是经典的调用两次：第一次查询大小，第二次获取布局。
```c title="src/bootloader/memmap.c"
#define STMT_WRAP(stmt) do {stmt} while (FALSE)
#define PTR_ASSIGN(ptr, val) STMT_WRAP(if (ptr) {*(ptr) = (val);})
void GetMemMap(
EFI_MEMORY_DESCRIPTOR **outMemMap,
UINT64 *outMemMapCount,
UINT64 *outMemMapDescSize,
UINT64 *outMapKey
) {
EFI_STATUS status;
UINTN MapSize = 0, MapKey, DescSize;
UINT32 DescVer;
status = BS->GetMemoryMap(&MapSize, NULL, &MapKey, &DescSize, &DescVer);
if (status != EFI_BUFFER_TOO_SMALL){
Err(L"[ERROR] GetMemoryMap (size query) failed.\r\n");
}
MemMapCount = MapSize / DescSize;
MemMapDescSize = DescSize;
MapSize += DescSize * 8;
mem_map = (EFI_MEMORY_DESCRIPTOR*) Allocate(MapSize);
if (!mem_map){
Err(L"[ERROR] Failed to allocate memory map.\r\n");
}
status = BS->GetMemoryMap(&MapSize, mem_map, &MapKey, &DescSize, &DescVer);
if (EFI_ERROR(status)){
Err(L"[ERROR] GetMemoryMap (actual) failed.\r\n");
}
PTR_ASSIGN(outMemMap, mem_map);
PTR_ASSIGN(outMemMapCount, MemMapCount);
PTR_ASSIGN(outMemMapDescSize, DescSize);
PTR_ASSIGN(outMapKey, MapKey);
}
```
```c title="src/bootloader/exitboot.c"
void ExitBootDevices(EFI_HANDLE ImageHandle, UINTN MapKey){
EFI_STATUS status = BS->ExitBootServices(ImageHandle, MapKey);
if (EFI_ERROR(status)){
Err(L"[ERROR] ExitBootDevices failed. Memory map changed?\r\n");
}
}
```
## 分配栈
如之前所述，退出后此时我们必须确保一切资源都已经准备就绪。
UEFI 跳转到内核后，可能会留下一个不可靠或太小的堆栈。我们必须自己提供一块干净的、足够大的栈，否则一旦进入函数或中断就可能出现崩溃。
:::tip
* 栈是从高地址向低地址生长的，因此设置 `rsp = stack_top`
:::
```c
PutStr(L"[BOOT] Allocating stack...\r\n");
const UINTN
MB = 0x100000,
KernelStackSize = 0x8000,
KernelStackPages = KernelStackSize / PageSize,
KernelStackBase = 24*MB,
KernelStackTop = KernelStackBase + KernelStackSize;
AllocatePagesAt(KernelStackBase, KernelStackPages);
```
::::tip
我们可以通过输出之前获取的 `MemoryMap` 确定应该把栈放在哪里。
```c
// Will Change Memory Map
for (int i=0; i < MapSize/DescSize-8; i++){
EFI_MEMORY_DESCRIPTOR* desc = (EFI_MEMORY_DESCRIPTOR*)
((UINT8*)mem_map + (i*DescSize));
PrintDec(desc->Type);
PrintHex(desc->PhysicalStart);
PrintHex(desc->NumberOfPages);
PutStr(L"\r\n");
}
```
:::details 内存布局（节选）
| 起始地址 | 起始地址 (换算) | 页数 | 大小 | 类型编号 | 类型说明 |
| ----------- | -------------- | ---- | -------- | ------- | ------------------------------- |
| `0x0` | 0 B | 1 | 4 KB | 3 | `EfiBootServicesCode` |
| `0x1000` | 4 KB | 159 | 546 KB | 7 | `EfiConventionalMemory` |
| `0x100000` | 1 MB | 5 | 20 KB | 2 | `EfiLoaderCode`<br/>（我们的内核）|
| `0x105000` | 1 MB + 20 KB | 1787 | 6.98 MB | 7 | `EfiConventionalMemory` |
| `0x800000` | 8 MB | 8 | 32 KB | 10 | `EfiACPIReclaimMemory` |
| `0x808000` | 8 MB + 32 KB | 3 | 12 KB | 7 | `EfiConventionalMemory` |
| `0x80B000` | 8 MB + 44 KB | 1 | 4 KB | 10 | `EfiACPIReclaimMemory` |
| `0x810000` | 8 MB + 64 KB | 240 | 960 KB | 10 | `EfiACPIReclaimMemory` |
| `0x900000` | 9 MB | 3712 | 3.625 MB | 4 | `EfiBootServicesData` |
| `0x1780000` | 23 MB + 512 KB | 128 | 512 KB | 7 | `EfiConventionalMemory` |
| `0x1800000` | 24 MB | 8 | 32 KB | 2 | `EfiLoaderCode`<br/>（我们的栈） |
| `0x1808000` | 24 MB + 32 KB | 9069 | ~35 MB | 7 | `EfiConventionalMemory` |
:::
::::
## 传递参数
这里，我们使用结构体指针传递参数。
```c title="src/shared/bootinfo.h"
#include <stdint.h>
#define MAGIC 0x00796c6665726946
typedef struct {
uint32_t *framebuffer;
uint32_t width;
uint32_t height;
} GraphicsInfo;
typedef struct {
uint64_t base_addr;
uint64_t size;
} StackInfo;
typedef struct {
uint64_t magic;
GraphicsInfo graphics;
StackInfo stack;
} BootInfo;
```
记得把 `kernel_entry` 函数改为 `void kernel_entry(BootInfo*)`！
## 一 二 三 跳
为了防止污染栈，设置 `rsp` 之后，我们不能再调用函数。因此，我们通过 `rdi` 传参（System V ABI），然后直接 `jmp` 跳转。
:::warning
删去之前桥接函数的 `__attribute__((ms_abi))`
:::
```c
__asm__ __volatile__ (
"mov %[stack], %%rsp\n"
"mov %[info], %%rdi\n"
"jmp *%[entry]\n"
:
: [stack] "r"(stack_top),
[info] "r"(boot_info),
[entry] "r"(kernel_entry)
);
```
## 每日 Hello
让我们画个 logo：
```c title="src/kernel /kernel.c"
// 在 bootloader 中，为了和 UEFI 统一，使用了驼峰命名法
// 在此处就换回来了。
#include "../shared/bootinfo.h"
#include "gop.h"
#include "../shared/graphics/logo.h"
void kernel_main();
BootInfo boot_info;
void kernel_entry(BootInfo *bi) {
boot_info = *bi; // 需要自己实现 memcpy
kernel_main();
}
void kernel_main(){
if (boot_info.magic != MAGIC){
while (1){
__asm__ volatile ("hlt");
}
}
InitGOPFrom(boot_info.graphics.framebuffer,
boot_info.graphics.width,
boot_info.graphics.height);
PIXEL map[256];
map['@'] = (PIXEL){255, 255, 255, 255};
map['R'] = (PIXEL){0, 0, 255, 255};
int unit = 4;
DrawTextImage(
logo, map, unit,
(ScreenWidth-logo_size*unit)/2,
(ScreenHeight-logo_size*unit)/2);
while (1){
__asm__ volatile ("hlt");
}
}
```
> 至此，我们终于从 UEFI 的摇篮中爬了出来，准备赤脚在硬件上奔跑了！
> :::right
> —— ChatGPT
> :::