linux启动从bios到bootleader

BIOS（Basic Input / Output System）启动，首先系统会进行自检，检测CPU，内存，显卡，I/O是否正常，如发现异常这个阶段会报错。

上一个阶段成功后会读取MBR（Master Boot Record）硬盘的0柱面，0磁盘，1扇区称为主引导扇区。它由三部分组成，主引导程序（bootleader），硬盘分区表DPT（disk partition table）和硬盘有效标志（55AA），如下图所示
使用grub2启动系统时，启动顺序如下图

grub2第一个需要安装的是boot.img,它由boot.S编译而成，一共512个字节，正是安装到启动盘的第一个扇区，这个扇区通常被称作MBR（Master Boot Record / 主引导记录扇区）

BIOS完成任务后，会将boot.img从硬盘加载到内存的0x7c00中，为什么是0x7c00呢，0x7c00这个地址来自Intel的第一代个人电脑芯片8088，以后的cpu为了保持兼容一直使用这个地址。1981年8月，IBM公司最早的个人电脑IBM PC 5150上市，就用了这个芯片。当时搭配的操作系统是86-DOS， 这个操作系统需要的内存最少是32KB，我们知道，内存地址从0x0000开始编号，32KB的内存就是0x0000-0x7FFF可以使用。8088芯片本身需要占用0x0000-0x03FF，用来保存各种中断处理程序的存储位置（主引导记录本身就是中断信号 INT 19h的处理程序），所以内存只剩下0x0400-0x7FFF可以使用，为了把尽量多的连续内存留给操作系统，主引导记录就被放到了内存地址的尾部，由于一个扇区是512个字节，主引导记录本身也会产生数据，需要另外留出512字节保存。所以他的预留位置就变成了0x7FFF-512-512+1=0x7c00。
由于512个字节很有限，boot.imp做不了太多的事情，它能坐的最重要的一个事情就是加载grub2的另一个镜像core.img,它是由lzma_decompress.img、diskboot.img、kernel.img和一系列模块组成，功能比较丰富，能做很多事情。

boot.imp先加载的是core.img的第一个扇区。如果从硬盘启动的话，这个扇区里面是diskboot.img，对应的代码是diskboot.S

boot.img将控制权交给diskboot.img后，diskboot.img的任务就是将core.img的其他部分加载进来，显示解压缩程序lzma_decompress.img，再往下是kernel.img，最后是各个模块module对应的映像。这里需要注意，它不是linux的内核，而是grub的内核。

lzma_decompress.img对应的代码是startup_raw.S，本来kernel.img是压缩过的，现在执行的时候，需要解压缩。
在这之前，我们所有遇到过的程序都非常非常小，完全可以在实模式下运行，但是随着我们加载的东西越来越大，实模式这1M的地址空间实在放不下了，所以再真正的解压缩之前，lzma_decopress.img做了一个重要的决定，就是调用real_to_prot，切换到保护模式，这样就能在更大的寻址空间里面，加载更多的东西。

从实模式切换到保护模式，第一项是启用分段，就是再内存里面简历段描述符表，将寄存器里面的段寄存器编程段选择子，指向某个段描述符，这样就能实现不同进程的切换了。第二项是启动分页。能够管理的内存变大了，就需要将内存分成相等大小的块。
保护模式需要做一项工作，那就是打开Gate A20,也就是第21根地址线的控制线。在实模式8086下面，一共就20个地址线，可访问1M的地址空间。如果超过了这个限度，在保护模式下，第21根要起作用了，于是我们就需要打开Gate A20.切换保护模式的函数DATA32 call real_to_prot 会打开Gate A20，也就是第21根地址线的控制线。有了空间之后，接下来我们要对压缩过的kernel.img进行解压缩，然后跳转到kernel.img开始运行。
kernel.img对应的代码是startup.S以及一堆c文件，再startup.S中会调用grub_main,这是grub kernel的主函数。在这个函数里面，grub_load_config()开始解析，我们上面写的那个grub.conf文件里的配置信息。如果是正常启动，grub_main最后会调用grub_command_execute("normal",0,0)，最终会调用grub_normal_execute()函数。在这个函数里面，grub_show_menu()会显示出让你选择那个操作系统的列表。
一定你选择了启动某个操作系统，就要开始调用grub_menu_execute_entry(),开始解析并执行你选择的那一项。
例如里面的linux16命令，表示装载指定的内核文件，并传递内核启动参数。于是grub_cmd_linux()函数会被调用，它会首先读取linux内核镜像头部的一些数据结构，放到内存中的数据结构来，进行检查。如果检查通过，则会读取整个linux内核镜像到内存，如果配置文件里面还有initrd命令，用于为即将启动的内核传递init tamdisk路径。于是grub_cmd_initrd()函数会被调用，将initramfs加载到内存中来。当这些事情做完之后，grub_command_execute("boot",0,0)才开始真正地启动内核。