操作系统启动的过程

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所属分类:linux技术
摘要

​ 计算机的工作方式是取指执行,而执行其的前提是内存中有代码。操作系统刚开始并不是在内存中,而是在磁盘上,因此第一步需要将其以一定的方式从磁盘读入内存。

操作系统,启动!

大致过程

​ 计算机的工作方式是取指执行,而执行其的前提是内存中有代码。操作系统刚开始并不是在内存中,而是在磁盘上,因此第一步需要将其以一定的方式从磁盘读入内存。

(1)x86PC刚开机时CPU处于实模式(和保护模式对应),寻址方式为CS左移四位+IP

(2)开机时,CS = 0xFFFF;IP = 0X0000

(3)寻址0xFFFF0(ROM BIOS映射区)

开机时内存中唯一有代码的地方

(4)检查RAM,键盘,显示器,软硬磁盘

(5)将磁盘0磁道0扇区(引导扇区,操作系统的第一段代码bootsect.s)读入0x7c00处

一个扇区512字节

.s 汇编代码

(6)设置cs = 0x7c0,ip = 0x0000

以下摘自《Linux内核完全注释》

​ 这里先总的说明一下 Linux 操作系统启动部分的主要执行流程。当 PC 的电源打开后,80x86 结构的 CPU 将自动进入实模式,并从地址 0xFFFF0 开始自动执行程序代码,这个地址通常是 ROM-BIOS 中的 地址。PC 机的 BIOS 将执行某些系统的检测,并在物理地址 0 处开始初始化中断向量。此后,它将可启 动设备的第一个扇区(磁盘引导扇区,512 字节)读入内存绝对地址 0x7C00 处,并跳转到这个地方。启 动设备通常是软驱或是硬盘。这里的叙述是非常简单的,但这已经足够理解内核初始化的工作过程了。
​ Linux 的最最前面部分是用 8086 汇编语言编写的(boot/bootsect.s),它将由 BIOS 读入到内存绝对地 址 0x7C00(31KB)处,当它被执行时就会把自己移到绝对地址 0x90000(576KB)处,并把启动设备中后 2kB 字节代码(boot/setup.s)读入到内存 0x90200 处,而内核的其它部分(system 模块)则被读入到从地址 0x10000 开始处,因为当时 system 模块的长度不会超过 0x80000 字节大小(即 512KB),所以它不会覆 盖在 0x90000 处开始的 bootsect 和 setup 模块。后面 setup 程序将会把 system 模块移动到内存起始处,这 样 system 模块中代码的地址也即等于实际的物理地址,便于对内核代码和数据的操作。图 3-1 清晰地显 示出 Linux 系统启动时这几个程序或模块在内存中的动态位置。其中,每一竖条框代表某一时刻内存中各程序的映像位置图。在系统加载期间将显示信息"Loading..."。然后控制权将传递给 boot/setup.s 中的代 码,这是另一个实模式汇编语言程序。

操作系统启动的过程

重要程序

bootsect.s

.globl begtext,begdata,begbss,endtext,enddata,endbss .text	//文本段 begtext: .data	//数据段 begdata: .bss	//未初始化数据段 begbss: entry start	//关键字entry告知链接器,程序从start标号开始执行 start: 	mov ax, #BOOTSEG	//将ds段寄存器置为0x07c0 	mov ds, ax 	mov ax, #INITSEG	//将es段寄存器置为0x9000 	mov es, ax 	mov cx, #256		//移动计数值=256字 	sub si, si			//源地址	ds:di = 0x07c0:0x0000 	sub di, di			//目标地址	es:si = 0x9000:0x0000 	rep 	movw 	jmpi go, INITSEG	//间接跳转,cs=0x9000,ip=go 	 go:	mov ax, cs			//cs=0x9000 	mov ds, ax 	mov es, ax 	mov ss, ax 	mov sp, #0xFF00		//由于代码移动过了,所以要重新设置堆栈段的位置。sp只要指向远大于512偏移(即地址0x90200)处都可以。因为从0x90200地址开始处还要放置setup程序,而此时setup程序大约为4个扇区,因此sp要指向大于(0x200+0x200*4+堆栈大小)处 	 load_setup: 	mov dx, #0x0000 	mov cx, #0x0002 	mov bx, #0x0200 	mov ax, #0x0200+SETUPLEN 	int 0x13			//利用BIOS中断INT 0x13将setup模块从磁盘第二个扇区开始读到0X90200处,共读4个扇区。如果读出错,则复位驱动器,并重试 	jnc ok_load_setup 	mov dx, #0x0000 	mov ax, #0x0000	//复位 	int 0x13 	j load_setup	//重读 	 ok_load_setup: 	mov dl, #0x00 	mov ax, #0x0800 	int 0x13 	mov ch, #0x00 	seg cs 	mov sectors, cx 	mov ah, #0x03		//显示一些信息('Loading system...'共24个字符) 	xor bh, bh		//读光标位置 	int 0x10 	mov cx, #24		//共24个字符 	mov bx, #0x0007	//显示属性 	mov bp, #msg1	//指向要显示的字符串 	mov ax, #0x1301 	int 0x10		//显示字符 	mov ax, #STSSEG		//0x1000 	mov es, ax 	call read_it		//读入system模块 	jmpi 0, SETUPSEG	//跳转到0x9020:0000(setup.s程序的开始处) 

setup.s

操作系统启动的过程

head.s