操作系统闲谈07——系统启动

一、BIOS启动

BIOS程序不需要由谁加载，本身便固化在ROM只读存储器中。

开机的一瞬间 cs:ip 便被初始化为0xf000 : 0xfff0。开机的时候处于实模式，其等效地址为0xffff0，如上图所示此地址为BIOS的入口地址。

建立中断表，加载中断服务程序

01 自检

POST自检，检验主板、内存、各类外设

02 引导bootloader

将磁盘的第一扇区的512个字节，其实就是bootloader的程序，加载到0x7c00的地方

二、bootloader

计算机只在刚启动的那一小会儿处于实模式，后面都初始保护模式

01 实模式转换为保护模式

• 打开A20

• 构建加载GDT

构建代码段描述符和程序段描述符

lgdt gdtdesc

• 设置CR0寄存器

将CR0寄存器的PE位置置位

02 引导kernel

读取内核的elf文件头（4KB大小）到0x10000

此时内存中的布局：

将elf文件展开到正确的内存区域

将内核加载到了物理地址的 处

补充：ELF头文件介绍

ELF头文件是ELF格式文件的第一个部分，它描述了文件的类型、大小、入口点地址、节表等信息。ELF头文件的前4个字节是一个魔数（magic number），用于标识文件类型。

引导加载器读取ELF头文件的前4个字节后，可以判断内核镜像的类型。如果魔数匹配，就可以确认这是一个合法的ELF格式文件，并且知道内核映像的入口点地址，从而跳转到内核映像的入口点执行内核代码。

ELF文件结构

三、kernel

当Linux操作系统启动时，它会先通过bootloader（如Grub）加载内核镜像。在内核镜像被加载并运行后，它会执行一些必要的初始化步骤，其中包括启用分页机制。

在x86架构的计算机上，启用分页机制需要执行以下步骤：

1. 设置控制寄存器CR0。将CR0寄存器的分页标志位置为1，这样处理器就能够启用分页机制。
2. 设置页目录表地址。页目录表是一个数据结构，用于指示系统在哪里可以找到页表。为了设置页目录表地址，需要将页目录表的基地址存储在控制寄存器CR3中。
3. 启用分页。这可以通过在控制寄存器CR0中将保护标志位置为1来实现。

这些步骤通常由内核的启动例程执行。具体而言，启动例程会在内核初始化过程中调用名为"paging_init"的函数，该函数负责完成上述步骤并启用分页机制。