Linux學習記錄 （1）計算機初始化啟動過程

為什麼我們把 「啟動」 稱作 「boot」 ？boot原來的意思是靴子，」啟動」與靴子有什麼關係呢？ 原來，這裡的boot是bootstrap（鞋帶）的縮寫，它來自一句諺語：

『pull oneself up by one』s bootstraps』

字面意思是」拽著鞋帶把自己拉起來」，這當然是不可能的事情。最早的時候，工程師們用它來比喻，計算機啟動是乙個很矛盾的過程：必須先執行程式，然後計算機才能啟動，但是計算機不啟動就無法執行程式！

早期真的是這樣，必須想盡各種辦法，把一小段程式裝進記憶體，然後計算機才能正常執行。所以，工程師們把這個過程叫做」拉鞋帶」，久而久之就簡稱為boot了；

不同的作業系統其啟動的流程自然有所區別，所以啟動的過程也可以按照作業系統啟動前後，分兩個階段來介紹：計算機初始化啟動過程 和 作業系統啟動過程；

上個世紀70年代初，」唯讀記憶體」（read-only memory，縮寫為rom）發明，開機程式被刷入rom晶元，計算機通電後，第一件事就是讀取它。

這塊晶元裡的程式叫做」基本輸入輸出系統」（basic input/output system），簡稱為bios。

它是被固化在計算機rom晶元上的一組程式。它是微機系統軟、硬體之間的乙個可程式設計介面，通過跳線開關和系統配帶的驅動程式盤，可以對rom進行重寫，方便地實現bios公升級。

主機板控制晶元組會向cpu發出乙個reset訊號，讓cpu復位初始化；

當主板晶元組檢測到電源已經開始穩定供電了(當然從不穩定到穩定的過程只是一瞬間的事情)，它便撤去reset訊號(如果是手工按下計算機面板上的reset按鈕來重啟機器，那麼鬆開該按鈕時晶元組就會撤去reset訊號)；

cpu馬上就從位址ffff:0000h處開始執行指令，這個位址在系統bios的位址範圍內，無論三大bios廠商2，放在這裡的只是一條跳轉指令，跳到bios系統中真正的啟動**處。

系統bios的啟動**首先進行post(加電後自檢)。

post主要檢測系統中一些關鍵裝置是否存在和能否正常工作，例如記憶體和顯示卡等裝置；

由於post在初始化顯示卡之前，此時顯示卡還沒有初始化，如果系統bios在進行post的過程中發現了一些致命錯誤，例如沒有找到記憶體或者記憶體有問題(此時只會檢查640k常規記憶體)，那麼系統bios就會直接控制喇叭發聲來報告錯誤，聲音的長短和次數代表了錯誤的型別；

在正常情況下，post過程進行得非常快，幾乎無法感覺到它的存在。post結束之後就會呼叫其它**來進行更完整的硬體檢測。

接下來系統bios將查詢顯示卡的bios。

存放顯示卡bios的rom晶元的起始位址通常設在c0000h處，系統bios在這個地方找到顯示卡bios之後就呼叫它的初始化**，由顯示卡bios來初始化顯示卡。

此時多數顯示卡都會在螢幕上顯示出一些初始化資訊，介紹生產廠商、圖形晶元型別等內容，不過這個畫面幾乎是一閃而過。

系統bios接著會查詢其它裝置的bios程式，找到之後同樣要呼叫這些bios內部的初始化**來初始化相關的裝置。

查詢完所有其它裝置的bios之後，系統bios將顯示出它自己的啟動畫面，其中包括有系統bios的型別、序列號和版本號等內容。

接著系統bios將檢測和顯示cpu的型別和工作頻率，測試所有的ram，並同時在螢幕上顯示記憶體測試的進度。

可以在cmos設定中自行決定使用簡單耗時少或者詳細耗時多的測試方式。

記憶體測試通過之後，系統bios將開始檢測系統中安裝的一些標準硬體裝置，包括硬碟、cd-rom、串列埠、並口和軟碟機等裝置，另外絕大多數較新版本的系統bios在這一過程中還要自動檢測和設定記憶體的定時引數、硬碟引數和訪問模式等。

標準裝置檢測完畢後，系統bios內部支援即插即用的**將開始檢測和配置系統中安裝的即插即用裝置。每找到乙個裝置之後，系統bios都會在螢幕上顯示出裝置的名稱和型號等資訊，同時為該裝置分配中斷、dma通道和i/o埠等資源。

到這一步為止，所有硬體都已經檢測配置完畢了，多數系統bios會重新清屏並在螢幕上方顯示出乙個**，其中概略地列出了系統中安裝的各種標準硬體裝置，以及它們使用的資源和一些相關工作引數。

根據bios中對啟動順序的設定，bios自己會依次掃瞄各個引導裝置，然後第乙個被掃瞄到具有引導程式(bootloader)的裝置就被作為要啟動的引導裝置。

開啟bios的操作介面，裡面有一項就是」設定啟動順序」，如 phonix bios 的設定：

呼叫int 19h啟動自舉程式（啟用作業系統的入口點）

bios按照」啟動順序」，把控制權轉交給排在第一位的儲存裝置。

這一步實現起來的步驟比較多，前面的bios通過讀取並執行啟動裝置的mbr中的bootloader，而bootloader要實現的功能就是提供乙個選單給使用者，讓使用者去選擇要啟動的系統或不同的核心版本，然後把使用者選擇的核心版本載入至ram中的特定空間，接著在ram中解壓、展開，而後把系統控制權移交給核心。

這時，計算機讀取該裝置的第乙個扇區，也就是讀取最前面的512個位元組。如果這512個位元組的最後兩個位元組是0x55和0xaa，表明這個裝置可以用於啟動；如果不是，表明裝置不能用於啟動，控制權於是被轉交給」啟動順序」中的下乙個裝置。

這最前面的512個位元組，就叫做」主引導記錄」（master boot record，縮寫為mbr）。

grub是bootloader中的一種，就grub來說，為了打破在mbr中只有446bytes用於存放bootloader這一限制，所以這一步的實現是這樣的：grub是通過分成三個階段來實現載入核心這一功能的，這三個階段分別是：stage1, stage1.5以及stage2。其中：

概述：假如要啟動的是硬碟裝置，首先我們的硬體平台主機板bios必須能夠識別硬碟，然後bios才能載入硬碟中的bootloader，而bootloader自身載入後就能夠直接識別當前主機上的硬碟裝置了；

不過，能夠識別硬碟裝置不代表能夠識別硬碟裝置中的檔案系統，因為檔案系統是額外附加的一層軟體組織的檔案結構，所以要對接一種檔案系統，就必須要有對應的能夠識別和理解這種檔案系統的驅動，這種驅動就稱為檔案系統驅動。

而stage1.5就是向grub提供檔案系統驅動的，這樣stage1就能訪問stage2及核心所在的分割槽(/boot)了。

bios即基本輸入/輸出系統，它是被固化在計算機rom晶元上的一組程式。它是微機系統軟、硬體之間的乙個可程式設計介面，通過跳線開關和系統配帶的驅動程式盤，可以對rom進行重寫，方便地實現bios公升級。 ↩

award bios、ami bios 和 phonix bios，開發bios是一件技術含量很高的工作，從業人員也少；一流主機板廠商的bios研發人員，年薪往往是以七位數字來計算的！ ↩

cmos是一塊可讀寫的ram晶元，儲存系統當前的硬體配置情況和使用者的設定引數；bios中裝有乙個程式稱為「系統設定程式」，設定cmos中的引數；cmos由電池供電，斷電後資料會丟失；前16位元組用於儲存時間. ↩

主引導記錄（mbr，main boot record）是位於磁碟最前邊的一段引導（loader）**。它負責磁碟作業系統(dos)對磁碟進行讀寫時分區合法性的判別、分割槽引導資訊的定位，它由磁碟作業系統(dos)在對硬碟進行初始化時產生的。 ↩

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