操作系统的启动过程

这是我的第一篇博客，以后想要养成写博客记录自己学习过程的习惯，希望自己坚持！
言归正传，最近在学操作系统，看了一些书和视频资料，在这里写下我对操作系统启动过程的一些简单理解

启动BOIS

cpu加电
cpu加电瞬间，会强制将cs的值置为0xffff，ip的值置为0。cpu是取指执行的，根据16位模式下cpu取指执行原理知道，cpu是将cs寄存器中的段基址值左移4位，再加上ip中的表示偏移地址的数值来表示将要执行指令的内存地址，这样算来将要执行的指令的内存地址是0xffff0,这个地方是rom区域，存放着bios程序，于是顺理成章的，cpu开始从此处顺序的取指执行bios程序。

BIOS程序开始执行

• 首先BIOS会检查硬件，如果硬件坏了，就不会再有后续的操作了。

• 接着执行程序，BIOS会在系统的0x00000也就是内存刚开始的地方，初始化自己的中断向量表和中断处理程序，这点很关键，因为后序的很多地方，是发起BIOS的各种中断请求，才得以进行的。 接下来就是和操作系统有关系的部分了。

• BIOS程序开始加载磁盘的0磁道0扇区的512个字节到内存的0x07c0:0000处，这512个字节就是操作系统的引导扇区–bootsect.s，此时BIOS的任务算完成了，要将舞台交给bootsect.s了，于是设置cs和ip指向bootsect.s代码块的起始位置即0x07c0:0000

bootsect模块的执行

• bootsect.s首先将自己从0x07c00处移到0x90000处。
• 接着通过BIOS的中断读入磁盘上setup.s这个4个扇区，依次放到它的代码区域后面即0x90200处，并且初始化一些寄存器的值
• 接着读入system这240个扇区的代码，由于此时代码量相对于之前大了很多，怕用户以为启动出了问题，于是在这会在屏幕上打印logo”loading system”

• 至此，操作系统的全部代码已经加载到了内存，于是将cs:ip指向setup.s代码的开始地址，即0x90200

  setup模块的执行

• 现在开始算是操作系统开始干活了，首先setup.s会发起通过BIOS提供的中断信号，让cpu执行对应的BIOS的中断处理程序，来提取硬件信息，并存放到bootsct.s开始的位置，以便后面OS管理硬件的时候使用。这里可以看出操作系统设置的巧妙，刚执行完bootsect.s，就将硬件信息放到这里，来覆盖掉这些已经没用的代码，同时还要保证不符合后面正在执行的setup.s的代码，真可谓精打细算，实在是佩服！

• 接下来，就要关中断了，大家会不会疑问为什么要关中断呢，后面会讲到。
• 再然后setup程序就要将system这240个字节移到0x00000处。注意看这个地址，很熟悉有没有，对的，就是之前BIOS存放它的中断向量表以及中断处理程序的地方，这一移动就能解释为什么要先关中断了，此时BIOS的中断向量表以及中断处理程序已经被system模块覆盖了，cpu无法再响应中断了，如果这个时候，用户不小心触发了一个中断，系统是会崩溃的。
• 接下来setup会在自己已经执行了的代码位置初始化IDT和GDT表，这是OS从16位实模式过渡到32位保护模式很重要的一个步骤
• 接下来是标志性的一步打开A20,这就意味着CPU可以进行32位的寻址，最大寻址空间由16位实模式下的1MB变为像现在保护模式下的4GB！

• 接下来setup.s程序会设置cpu跳到system模块执行

  system模块的执行

• system模块由两部分组成，head模块和main也就是内核模块，head模块是有head.s汇编而成，而main模块是由main.c编译而成，可以看到OS代码是有bootsect.s、setup.s、heaad.s这三个汇编代码和main.c组成的

• 首先执行head模块，它负责初始化IDT,GDT表，并且也是放在自己刚执行完的代码区域，处处可看到OS设置的精打细算！这里有什么疑问吗
  1.在setup模块执行时已经初始化好了， 为什么这里还要从新初始化了？
  因为在后面内存分页的时候，setup模块会被覆盖掉，当然里面存放的GDT表等也没有了。所以只有head模块是安全的，要将GDT等放到这个位置。
  2.为什么不直接将setup初始化好了的GDT等复制过来，而要在head模块中重新初始化？
  因为考虑，如果在system模块还未移动时，将GDT移到这里，必将被system模块移动过来时覆盖掉，而当system已经过来了，再复制GDT，那它又会将head模块覆盖掉，所以GDT只能重建

• 接下来head模块需要根据之前存放在botsect模块处的硬件信息，来初始化页表等，真正开始接管硬件了

• 最后将main函数地址压栈，head模块执行完，通过ret指令，直接进入main模块了