19（终）. 系统启动 2010-03-02 13:00 191人阅读 评论(0) 收藏

 启动指把一部分OS装入主存并让CPU执行，也表示内核数据结构的初始化等。启动很大程度上依赖于体系结构，以下以80x86为例。

1.       史前时代

加电后，RAM中数据是随机的，首先，复位电路开动，在CPU某脚上产生RESET。它会将cs、eip等Regs设置成固定值，随后，它开始从物理地址0xfffffff0处执行代码，此物理地址被硬件映射到某ROM，其中放的程序集在80x86体系中叫BIOS。所有OS启动都要用BIOS程序初始化硬件。一些OS如MS—DOS甚至依赖于BIOS实现大部分系统调用。BIOS使用实模式地址，BIOS启动过程执行4个操作：a.POST（power-on self-test，上电自检），ACPI兼容的BIOS中，会建立几个表描述当前系统中的硬件设备，这些表可被OS获取。b.初始化硬件设备，在PCI体系结构中它很重要，它保证IRQ线与I/O端口不冲突，它完事后会在屏幕上显示PCI设备一个列表。c.找一个OS，按BIOS的设置，它会按顺序访问如软盘、磁盘、光盘的第一扇区。d.只要找到一个，就把该第一扇区的内容拷到RAM的物理地址0x00007c00处。拷完后跳到这里执行拷进来的代码。

2.       远古时代

从磁盘启动Linux要一个两步的引导装入程序（boot loader），80x86下有名的是LILO(Linux LOader)及可识别多个文件系统的GRUB（Grand unified Bootloader）。以硬盘来说，它的第一个扇区称为主引导记录（Master Boot Recorder，MBR），该扇区中包含记录着磁盘分区情况的分区表及如BIOS中所述的一个小程序，其实这个小程序就是LILO的一部分，因为LILO太大装不进MBR，如前所述，这段LILO的片段被拷到物理地址0x00007c00处的RAM处开始执行，它执行时会将自己搬到0x00096a00处并建立实模式栈。接着它把LILO的第二部分拷到0x00096a00+512=0x00096c00处并执行。第二部分从磁盘读取可用OS的映射表，让用户选择一个OS，再将相应分区的引导扇区拷进来执行，或者是直接就拷内核映像。拷贝过程大致如下：1.调用BIOS相关例程显示Loading。2.调用BIOS过程从磁盘装入内核映像的第一个512字节到RAM0x00090000，再拷贝内核映像中512字节开始的叫setup()的函数代码到0x00090200。3.调用一个BIOS例程从磁盘中装载其余内核映像：若内核映像是make zImage编译的小映像则放入低的0x00010000，若由make bzImage编译的大内核映像则放到高的0x00100000，分别称为高装载、低装载。4.此时，内核映像已经全部拷入主存，回顾下：从一开始到512字节开始处的setup()函数被拷到0x00090000处，而setup()函数之后的映像被高或低装载到其它地方，这部分映像的开头是一个start_up32()函数（后面会用）。这时跳到第二步拷进来的0x00090200处的setup()函数。

3.       中世纪：setup()函数

BIOS虽已初始化硬件，但Linux为了增加可移植性而重新初始化它们。它除了初始化硬件外还将原先若低装载的其余内核映像移动到0x00001000处，之后建立临时的中断描述符表IDT和临时全局描述符表GDT、重写PIC以屏蔽中断，设置cr0的PE位进入保护模式，跳到0x1000（对于低装载的情况）或0x00100000处（高装载）的叫start_up32()的函数处。

4.       文艺复兴：start_up32()函数

它先初始化段寄存器与临时栈，清eflags，再调用一函数来解压缩内核。若内核映像被低装载，则直接解压到0x00100000处；若是高装载（0x00100000），则解压在压缩的映像后面的地址上，解压完成后再将解压出的内核拷贝回0x00100000处以覆盖原先在此处的压缩的内核映像。之后跳到解压后的0x00100000处执行另一个start_up32()函数，它为进程0建立执行环境、开启分页、再跳到一个start_kernel()函数。

5.       现代：start_kernel()

它完成内核的初始化，初始化各个内核部件。最后调用kernel_thread（）创建进程1内核线程，之后内核线程会创建其它内核线程并执行sbin/init程序，init完成最终的OS其它初始化。

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