從BIOS啟動到Kernel加載
大家天天使用電腦，有沒有想過整個系統是如何啟動的？從你按下電源鍵，到顯示登錄界面，中間究竟經歷了什么?
本文主要講述加載計算機內核系統的全過程，主要參考了MIT 6.828lab1實驗以及其他參考資料。某些地址、行為在不同計算機上可能不同，這里僅用JOS系統做例子，重要的是理解整個過程。
-----------------------------------內存示意--------------------------------------
+------------------+ <- 0x00100000 (1MB)
| BIOS ROM | <- 0x000FFFF0 (BIOS起始地址)
+------------------+ <- 0x000F0000 (960KB)
| 16-bit devices, |
| expansion ROMs |
+------------------+ <- 0x000C0000 (768KB)
| VGA Display |
+------------------+ <- 0x000A0000 (640KB)
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| Low Memory | <- 0x00007C00 (Boot Loader將要載入的地址)
| |
+------------------+ <- 0x00000000
第一步 從BIOS開始
首先，我們必須知道，程序只有加載到內存中后，才能被使用。由於某些歷史原因，計算機在開機時運行於實模式下，實模式采用16位尋址模式，最大尋址空間為1MB，即在實模式下，CPU僅能訪問到1MB的內存地址，而BIOS就被固化在這1MB中（實際會更復雜一些，BIOS存儲在可讀寫ROM中，通過硬接線到物理地址0x000f0000-0x000fffff）。
CPU硬件邏輯設計為在加電瞬間強行將CS值置為0XF000，IP為0XFFF0。該CS:IP地址正是BIOS程序的入口地址。所以，一旦接通電源，計算機將從BIOS指令開始執行。
- BIOS首先對機器進行加電自檢（POST），目的是檢查電腦各部件是否良好，包括加載顯卡、檢查內存總量等操作。
- 而后，BIOS將開始初始化工作，主要是設置中斷向量表、對外部設備進行一些初始化和檢查工作。
- 完成一系列初始化工作后，BIOS將磁盤中的第一個扇區載入到內存中（放在 0x7c00-0x7dff 處），該扇區為引導扇區，存儲着Boot Loader程序（引導程序）。之后，BIOS使用跳轉指令到0x7c00（Boot Loader程序入口）處，將計算機的控制權交給Boot Loader程序，由其繼續進行Kernel的引導。
第二步 Boot Loader加載Kernel
在JOS中，Boot Loader包括boot.S匯編程序和main.c兩個部分
BIOS使用跳轉指令后，來到0x7c00,即boot.S的入口。
boot.S主要是將處理器從實模式轉換到 32 位的保護模式，讓CPU可以訪問到1MB以上的內存區域
- 首先，初始化常用寄存器
- 而后，打開A20地址線，讓程序可以訪問1MB以上的內存地址。
- 加載全局描述符表，打開保護模式
- 跳轉到main.c程序地址，執行bootmain函數
bootmain函數負責從硬盤中將kernel讀入到內存之中。如何讀取的呢？首先，bootmain從第一個扇區開始讀入4K數據（引導扇區一般稱為第0個扇區），該數據為ELF頭和程序頭表，保存着整個Kernel的地址、格式信息，獲得了一系列信息后，按表中數據將內核讀入到內存0x00100000中。至此內核已經被轉載至內存中。最后，bootmain函數跳轉到Kernel的入口處，將計算機控制權交給內核。