作業系統學習 01 x86系統啟動流程

2021-09-26 18:13:26 字數 2327 閱讀 5084

在計算機系統加電時,執行bios啟動韌體,在cpu初始化完成之後,預設約定cs和eip的初始值(cs:**段暫存器;eip:指令指標暫存器),

由開發者手冊看出cs=f000h;eip=0000fff0,實際位址為base

+eip=ffff0000h+0000fff0h=fffffff0h這是bios的eprom所在地(base是cs中的基址)通常第一條指令是一條長跳轉指令,到bios**中執行。

此時系統處於實模式,在實模式下位址計算為pc=16*cs+ip,這是當前訪問的第一條指令位址。

實模式下位址匯流排並非32位,而是只有20位可用,可用的只有2^20,即1m空間。

為了訪問磁碟裝置,在bios中需要提供

1.基本輸入輸出的程式。(完成從磁碟上讀資料,從鍵盤上讀使用者輸入,顯示相應輸出)

2.系統設定資訊。(從硬碟,軟盤還是光碟機啟動)

3.開機後自檢程式。

4.系統自啟動程式等。

具體過程為:當bios初始化完成之後,會從磁碟上讀引導扇區(512位元組),將引導程式從引導扇區載入到0x7c00;接著跳轉到cs:ip=0000:7c00,此時把控制權轉到了從磁碟上讀進來的程式,即引導程式。

引導程式會將作業系統的**和資料從硬碟載入到記憶體中,然後跳轉到作業系統的起始位址,將控制權交給作業系統

eg:為什麼不從bios直接讀取作業系統的核心映像?(1.磁碟上檔案系統多種多樣,而bios受限於能力,不可能認識所有的檔案系統,則約定先讀取引導程式,用引導程式識別磁碟上的檔案系統,進而讀到核心映象並載入到記憶體中。2.bios受限於能力,無法用來載入多分割槽的複雜大容量os)

而在實際應用中bios並不能直接讀取bootloader,在最早的時候系統中只有乙個分割槽,可以直接找檔案系統,但現在大多數計算機中都不止有乙個分割槽,所以需在前面加乙個主引導記錄,確定從哪個檔案系統中讀引導程式,bios讀取主引導扇區**後讀取活動分割槽的引導扇區**,再讀取檔案系統的引導程式。

具體過程為:cpu加電穩定後從0xffff0讀第一條指令,第一條指令為跳轉指令(cpu初始狀態為16位實模式,cs:ip為16位暫存器),進入bios。

bios初始化時需要進行:

1.硬體自檢post

2.檢測系統中記憶體和顯示卡等關鍵部件的存在和工作狀態。

3.查詢並執行顯示卡等介面卡bios,進行裝置初始化。

4.執行系統bios,進行系統檢測,檢測和配置系統中安裝的即插即用裝置

5.更新cmos中的擴充套件系統配置資料escd(擴充套件系統配置資料)(知道當前系統中有哪些裝置)

6.按指定順序從軟盤,硬碟或光碟機啟動

讀進第一塊扇區後,主引導記錄有512位元組,但啟動**只有446位元組,用於檢查分割槽表正確性,載入並跳轉到磁碟上的引導程式;硬碟分割槽表佔64位元組,用於描述分割槽狀態和位置,每個分割槽描述資訊佔據16位元組(採用bios-mbr規範,現在大多數採用新的bios-gpt規範,可載入更多分割槽),主引導記錄結束標誌字2位元組(55aa),是主引導記錄的有效標誌。

然後跳轉到活動分割槽的引導扇區,其中包含用於跳轉到啟動**的跳轉指令(這部分是與平台相關的**),檔案捲頭:檔案系統描述資訊;啟動**:跳轉到引導程式;結束標誌依然是55aa。

引導程式在載入時也不是首先去載入核心,而是從檔案系統中先讀乙個啟動配置檔案,依據這個選擇啟動的引數,如正常啟動或在安全模式啟動,然後依據配置載入指定核心並跳轉到核心執行。

bootloader要做的事情有:

1.從實模式使能保護模式,從16位定址空間切換到32位定址空間,使能段機制。

2.從硬碟上讀取kernel in elf格式的kernel(跟在mbr後面的扇區)並放到記憶體中固定位置。

3.跳轉到os入口點執行,控制權交到os。

段機制:

使能保護模式:

然後載入elf格式的os kernel(此處**為ucore os kernel)

struct elfhdr ;

struct proghdr ;

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