MIT 6.828 JOS學習筆記2. Lab 1 Part 1.2: PC bootstrap

Lab 1 Part 1： PC bootstrap

　　我們繼續~

PC機的物理地址空間

　　這一節我們將深入的探究到底PC是如何啟動的。首先我們看一下通常一個PC的物理地址空間是如何布局的：

　　　                          　

　　這張圖僅僅展示了內存空間的一部分。

　　第一代PC處理器是16位字長的Intel 8088處理器，這類處理器只能訪問1MB的地址空間，即0x00000000~0x000FFFFF。但是這1MB也不是用戶都能利用到的，只有低640KB(0x00000000~0x000A0000)的地址空間是用戶程序可以使用的。如圖所示。

　　而剩下的384KB的高地址空間則被保留用作其他的目的，比如(0x000A0000~0x000C0000)被用作屏幕顯示內容緩沖區，其他的則被非易失性存儲器(ROM)所使用，里面會存放一些固件，其中最重要的一部分就是BIOS，占據了0x000F0000~0x00100000的地址空間。BIOS負責進行一些基本的系統初始化任務，比如開啟顯卡，檢測該系統的內存大小等等工作。在初始化完成后，BIOS就會從某個合適的地方加載操作系統。

　　雖然Intel處理器突破了1MB內存空間，在80286和80386上已經實現了16MB，4GB的地址空間，但是PC的架構必須仍舊把原來的1MB的地址空間的結構保留下來，這樣才能實現向后兼容性。所以現代計算機的地址 0x000A0000~0x00100000區間是一個空洞，不會被使用。因此這個空洞就把地址空間划分成了兩個部分，第一部分就是從0x00000000~0x000A0000，叫做傳統內存。剩下的不包括空洞的其他部分叫做擴展內存。而對於這種32位字長處理器通常把BIOS存放到整個存儲空間的頂端處。

　　由於xv6操作系統設計的一些限制，它只利用256MB的物理地址空間，即它假設用戶的主機只有256MB的內存。

The ROM BIOS

　　現在我們就開始利用Qemu和gdb去探索PC機的啟動過程。首先看一下如何利用這兩個軟件來實現對操作系統的debug。

　　1. 首先打開一個terminal並且來到lab目錄下，輸入命令

         　　make qemu-gdb

　　　 此時，屏幕上會打印下列信息：

　　　 

　　2. 我們再新建一個terminal，還是來到lab目錄下，輸入gdb指令，此時屏幕輸出信息：

　　　 

　　這樣其實就已經可以開始調試了！

　　這里面我們要看最下面5行

　　　　  [f000:fff0]  0xffff0: ljmp   $0xf000, $0xe05b

　　這條指令就是整個PC啟動后，執行BIOS的第一條指令。

　　

　　Exercise 2： 使用GDB的'si'命令，去追蹤ROM BIOS幾條指令，並且試圖去猜測，它是在做什么。但是不需要把每個細節都弄清楚。

　　

　　關於Exercise 2的分析，可以看我的這篇博文： MIT 6.828 JOS學習筆記3. Exercise 1.2 http://www.cnblogs.com/fatsheep9146/p/5078179.html

 

  　 綜上，我們可以看到BIOS的操作就是在控制，初始化，檢測各種底層的設備，比如時鍾，GDTR寄存器。以及設置中斷向量表。這都和Lab 1 Part 1.2最后兩段說的一樣。但是作為PC啟動后運行的第一段程序， 它最重要的功能是把操作系統從磁盤中導入內存，然后再把控制權轉交給操作系統。所 以BIOS在運行的最后會去檢測可以從當前系統的哪個設備中找到操作系統，通常來說是我們的磁盤。也有可能是U盤等等。當BIOS確定了，操作系統位於磁 盤中，那么它就會把這個磁盤的第一個扇區，通常把它叫做啟動區（boot sector）先加載到內存中，這個啟動區中包括一個非常重要的程序--boot loader，它會負責完成整個操作系統從磁盤導入內存的工作，以及一些其他的非常重要的配置工作。最后操作系統才會開始運行。

 

　　可見PC啟動后的運行順序為 BIOS --> boot loader --> 操作系統內核

　　以上就是Lab 1 Part 1部分的全部內容，有問題或糾正錯誤的同學，歡迎發送到

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