读书笔记一 IA32 System Boot Process

时间：2005-03-23 来源：paroca

From Linux 0.0.1内核分析与操作系统设计 Chapter5 ======================================================== Title: IA32 System Boot Process Key: System Boot Tools in Experiment：NONE Reference：Linux 0.0.1内核分析与操作系统设计 ======================================================== IA32架构的系统引导简介：

硬盘启动步骤

a）系统加电； b）BIOS加电自检 - 从物理地址的0xFFFF:0000处开始执行，这是BIOS的起始地址。主要是对系统关键设备如CPU、内存及硬盘等关键设备检测并根据检测结果更新ESCD（Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据）。 c）将硬盘主引导区的512个字节读入到内存 0x0000:7C00，并跳到0x0000:7C00处开始执行。 e）检查 0x0000:7DEF 是不是等于0xAA55，如果不等于则去尝试其他启动介质，如果没有其他启动介质就显示"No ROM BASIC"，然后死机。 f）如果 0x0000:7DEF 等于0xAA55，跳转到 0x0000:7C00 处执行 MBR中的程序。 g）MBR在主分区表中搜索标志为活动的分区，如果发现没有活动分区或有不止一个活动分区，则停止。 h）将活动分区的第一个扇区读入内存地址 0x0000:7C00处。 i）检查0x0000:7DEF 是不是等于0xAA55，如果不等于则显示"Missing Operating System"然后停止，或尝试从软盘启动。 j）跳转到 0x0000:7C00 处继续执行特定系统的启动程序。 k）启动系统。 NOTE：b、c、d、e由BIOS的引导程序完成，f、g、h、i、j由MBR中的引导程序完成。

软盘启动步骤

a）系统加电； b）BIOS加电自检 - 从内存的0xFFFF:0000处开始执行，这是BIOS在内存中的起始地址。主要是对系统关键设备如CPU、内存及硬盘等关键设备检测并根据检测结果更新ESCD（Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据）。 c）将软盘0磁道0磁头1扇区的内容读入到内存 0x0000:7C00，并跳到0x0000:7C00处开始执行。 e）检查 0x0000:7DEF 是不是等于0xAA55，如果不等于则去尝试其他启动介质，如果没有其他启动介质就显示"No ROM BASIC"，然后死机。 f）如果 0x0000:7DEF 等于0xAA55，跳转到 0x0000:7C00 处执行 MBR中的程序。 g）启动系统。哦 --------------------------------------------------------------------------- 深入理解Linux内核中队系统启动（bootstarp）的解释和说明：史前时代：BIOS的启动过程。主要完成四个任务：

POST（上电自检）
初始化硬件设备
搜索一个操作系统来启动
找到一个有效设备，并把该设备第一个扇区的内容（即引导装入程序）拷贝到RAM中从物理地址0x00007C00处，然后跳转到这个地址处，开始执行刚才装载进来的代码。

远古时代：引导装入程序 - 由BIOS用来把操作系统的内核映像装载到RAM中所调用的一个程序。BIOS通过跳转到0x00007C00来调用引导装入程序，引导装入程序执行以下操作：

从软盘启动。
当BIOS装载软盘的第一个扇区时，实际上就是拷贝引导装入程序的代码。装入程序执行以下操作：
a) 首先，把自己从0x00007C00处移到0x00090000处；
b) 然后，设置从0x00003ff4开始的，向低地址方向延伸的实模式堆栈；
c) 建立磁盘参数表，这是BIOS用来处理软盘设备驱动程序的；
d) 调用一个BIOS过程显示 Loading信息；
e) 调用一个BIOS过程从软盘装载内核映像的setup()代码，并把该代码放入从0x00090200开始的RAM中；
f) 调用一个BIOS过程从软盘中装载其余的内核映像，并把内核放入低地址(0x00010000)或高低之(0x00100000)开始的RAM中；
g) 跳转到setup()函数；
从硬盘启动。
在启动过程中装入引导程序被执行时，用户可以选择装入那个操作系统。
a) 首先，把自己装入到0x00007C00处并执行；
b) 然后，从0x00007C00处移到0x0009A000处；
c) 从0x0009B000处到0x0009A200处设置实模式堆栈；
d) 显示Loading Linux信息；
e) 装载内核映像的setup()代码，并把该代码放入从0x00090200开始的RAM中；
f) 把内核映像的其余部分放入低地址(0x00010000)或高低之(0x00100000)开始的RAM中；
g) 跳转到setup()函数；

中世纪：setup()函数，虽然BIOS已经初始化了大部分硬件设备，但是Linux并不依赖于BIOS，而是以自己的方式重新初始化设备以增加可移植性和健壮性。setup()函数初始化计算机中的硬件设备并为内核程序的执行建立环境，然后跳转到startup_32()函数文艺复兴时期：startup_32()函数现代：start_kernel()函数 --------------------------------------------------------------------------- 物理地址 - Physical Address：用于芯片级内存单元寻址。他们从微处理器的地址引脚发送到内存总线上的电信号相对应。物理地址由32位无符号整数表示。线性地址 - Linear Address：是一个32位无符号整数，可以用来表示高达4GB的地址。线性地址通常用16进制数字表示，值得范围从0x00000000到0xffffffff。逻辑地址 - Logical Address：机器语言指令仍用这种地址指定一个操作数或一条指令的地址。每一个逻辑地址由一个段（segment）和偏移量（offset）组成，偏移量指明了从段开始的地方到实际地址之间的距离。引导装入程序 - Boot Loader：由BIOS用来把操作系统的内核映像装载到RAM中所调用的一个程序。主引导记录 - Master Boot Record：硬盘的第一个扇区，主要包括分区表和一个小程序。分区表的内容包括每个分区的开始扇区和结束扇区，以及对此进行处理的操作系统的类型；小程序是一个比较特殊的程序，它用来装载操作系统所在分区的第一个扇区。Linux使用LILO程序来替换这个小程序，允许用户来选择要启动的操作系统。 --------------------------------------------------------------------------- 笔记：Linux源代码的调用次序是 bootsec.s -> setup.s -> head.s 在Linux下如何执行如下命令来恢复MBR： dd if=/dev/hda of=/boot/boot.NNNN bs=446 count=1 #备份MBR dd if=/boot/boot.NNNN of=/dev/hda bs=446 count=1 #恢复MBR