linux系统启动过程

BIOS

当我们给计算机加电的时候，计算机系统怎么知道该如何启动我们的操作系统呢？

首先计算机之中在主板上，有一个东西叫ROM（Read Only Memor），在ROM上固话了一些程序，被称为BIOS（基本输入输出系统），由于系统刚刚启动时处于实模式，关于什么是实模式，以及保护模式，可以看这篇文章

实模式可操作的空间非常有限，只有2^20也就是1M的地址空间

在X86系统之中，将 1M 空间最上面的 0xF0000 到 0xFFFFF，一共64K映射给了ROM，当访问到这块地址的时候，就会访问到ROM。当加电的时候，系统加载ROM之中的BIOS之前，会完成一系列初始化工作

1. CS（代码段寄存器）置为0xFFFF
2. IP（指令指针寄存器）置为0x0000

所以对于第一条指令会指向0xFFFF+0x0000，也就是0xFFF0，处于ROM的地址空间内，这是一个JMP指令会调到ROM中执行初始化的工作，也就是开始了BIOS

BIOS会检查两件事情

1. 系统硬件是否完好
2. 建立中断向量表和中断服务程序

在BIOS阶段，也可以通过键盘的方式对BIOS发出指令，一旦通过键盘，就肯定会触发一个中断来让系统处理你的指令，所以第二个步骤是很有必要的。此时BIOS前期的工作就算完成

 

BootLoader

BIOS完成上述步骤后，就需要开始加载操作系统。一般的操作系统，例如在windows我们都会安装在C盘也就是硬盘上。在BIOS上我们也可以看到启动盘的选择。

启动盘的特点如下：

- 一般位于第一个扇区
- 占用512字节
- 以0xAA55结束

满足上述条件，可以称之为启动盘，并且在512字节内完成启动的相关代码。

启动盘里的代码是GRUB2（Grand Unified Bootloader Version2），定义的。也就是说BIOS执行了启动盘中由GRUB2定义好的一系列加载操作系统的步骤

可以通过 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 来定义系统启动执行的选项。这些代码

grub2定义的操作系统的步骤可以分为以下几步：

- boot.img
- diskboot.img
- lzma_decompress.img
- kernel.img
- 启动内核

 

boot.img

由boot.S编译而成，一共512字节，正好符合启动盘的第一个扇区的大小，所以会安装在这个第一扇区，通常这个扇区成为MBR（主引导记录扇区）

BIOS会将boot.img从硬盘加载到内存中的0x7c00来运行，因为只有512个字节，所以boot.img的唯一使命就是加载grub2的另一个镜像core.img

core.img由lzma_decompress.img，diskboot.img，kernel.img和一系列模块组成

boot.img会先加载core.img的第一个扇区，也就是diskboot.img

 

diskboot.img

由diskboot.S编译而成，任务是将core.img的其他部分一块加载到进来，显示解压它的下一步骤，lzma_decompress.img，再往下就是kernel.img，最后则是各个modules的映射，这里还不到linux的内核，所有都是grub的内核

 

lzma_decompress.img

由startup_raw.S编译而成，因为后续的kernel.img是经过压缩过后的，所以需要解压,同时它还需要完成从 实模式——>保护模式 的切换，为的是能在更大的寻址空间里，加载更多的东西

切换到保护模式，需要完成一系列动作

1、启动分段，将寄存器里的段寄存器变成段选择子（类似于索引），来指向某个段描述符（真正的段的起始地址），实现不同进程切换

2、启动分页

3、打开Gate A20，也就是第21根地址线的控制线，在8086模式下，一共只有20个地址线，总共可以访问1M的地址空间，所以保护模式需要启动第21根，来增大可以寻址的空间

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kernel.img

由startup.S及一堆C文件编译而成，startup.S会调用grub_main（grub kernel的主函数）

主函数中

1. grub_load_config解析gurb.conf文件中的配置信息

2. 选定操作系统

3. 调用grub_menu_execute_entry，解析并执行选择的那一项

4. 其中选择的那一项可能会有很多指令，例如linux16，initrd等，都会执行对应的函数

5. 调用grub_command_execute，真正启动内核

 

总结