操作系统用户界面——操作系统的启动过程

BIOS和主引导记录MBR

 

实模式和保护模式

实模式(实地址模式,REAL MODE)

  • 程序按照8086寻址方式访问0h~FFFFh(1MB)空间
  • 寻址方式:物理地址(20位)=段地址:偏移地址
  • CPU单任务运行

保护模式(内存保护模式,PROTECT MODE)

  • 寻址方式:段(32位)和偏移地址(32位),寻址4GB空间

                      段的属性:起始地址,存储属性,限权级别,……

  • 段页式寻址机制(段,页)
  • 虚拟地址,进程,封闭空间
  • 应用程序和操作系统的运行环境都被保护
  • CPU支持多任务

 

实模式存取的1M空间

  • 前面640K【0000——9FFFF】:基本内存
  • 中间128K【A0000——BFFFF】:显卡现存
  • 末尾256K【C0000——FFFFF】:BIOS

BIOS

  • 显示卡BIOS:C0000——C7FFF
  • IDE控制器BIOS:C8000——CBFFF
  • 最后64K,系统BIOS:F0000——FFFFF

系统BIOS

Basic I/O System(Firmware 固件)

  • 基本输入输出系统
  • 位置:F0000——FFFFF

功能

  • 系统启动配置
  • 基本的设备I/O服务
  • 系统的家电自检和启动

 

系统的启动配置

  • CMOS配置

基本的设备I/O服务

  • BIOS使用的中断类型型号为10H~1FH
  • 入口参数
  • 家电自检POST

         Power On Slef-Test (加电自检)

         初始化基本硬件

         自检正常不提示,错误通过喇叭提示

  • 按下PowerOn或者Reset键执行第一条指令

            执行FFFF0处指令

JUMP POST(跳转到加电自检),POST位于系统BIOS内部

 

POST之后

  • 查找显卡BIOS并调用
  • 依次查找其它设备执行相应设备的BIOS
  • 显示启动画面
  • 从硬盘/软盘/光驱/U盘读入OS

 

主启动记录MBR

MBR

  • 存放在硬盘/软盘的首扇区
  • 存放和OS启动的相关信息(Main Boot Record)
  • 512 BYTES(字节)
  • 结束:0xAA55h

其它扇区的首扇区称为分区启动记录

主启动扇区:完成OS加载或启动管理功能

  • 提供菜单:让用户选择不同的启动项,实现多重启动
  • 加载核心文件:直接指向可启动区加载操作系统
  • 跳转:将启动管理文件功能转交给其他loader

 

BIOS和MBR程序运行过程

  • POST——>CMOS(硬件启动)——>读取MBR——>控制权交给MBR
  • MBR读取分区表,找到其他活动分区,并确认其他的分区都不是活动分区。MBR读取活动分区的第一个分区并把它加载到内存中。
  • PBR继续控制后面的引导过程

 

操作系统的启动

启动过程

从加电到用户工作环境准备好的过程

  • 初始引导
  • 核心初始化
  • 系统初始化

初始引导

目的:把OS核心装入内存并使之开始工作接管计算机系统

过程:

  • 加电,JUMP POST
  • BIOS中的启动程序
  • 启动程序

                  读取0面0道第一扇区内容(MBR)

                  加载MBR中的引导程序

引导程序

  • 根据相关参数,读取硬盘指定位置的文件到内存
  • 加载硬盘上OS内核,并初始化基本参数

OS内核:逐步加载OS剩余内容,最后完全控制计算机

 

核心初始化

目的:OS内核初始化系统的核心数据

典型工作

  • 各种寄存器的初始化
  • 存储系统和页表初始化
  • 核心进程构建
  • ……

 

系统初始化

为用户使用系统作准备,使系统处于待命状态

主要工作

  • 初始化文件系统
  • 初始化网络系统
  • 初始化控制台
  • 初始化图形界面
  • ……

 

 

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