操作系统的启动过程

        操作系统是存在磁盘上的（如下图），开机时，首先会将操作系统读入内存，然后进行一系列初始化操作，操作系统就启动了。下面介绍操作系统的具体启动流程（也可直接看最后的总结）。

操作系统启动盘

1、以x86PC为例，按下开机键后，CPU处于实模式，内存也啥都没有（除了固化代码，如下图）。首先会寻址内存0xFFFF0（由硬件设计者事先设置好的），读取内存中的固化代码ROM，也就是BIOS映射区（Basic Input OutPut System）。BIOS先检查计算机硬件，硬件一切正常后，就会把引导扇区（位于磁盘零磁道零扇区）读入内存0x7c00，引导扇区的内容就是bootsect.s（汇编代码，因为汇编代码可以控制每一个内存地址，准确可靠）。

内存固化区

 

2、bootsect.s首先把自己从内存0x7c00的位置挪到0x90000的位置，为后续读入OS代码腾空间。然后从磁盘将setup程序（占4个扇区）读入内存0x90200，然后打印开机logo（如system is loading...，logo可修改，如下图），然后调用13号中断，继续读入system模块（OS代码）。bootsect.s的功能就结束了。bootsect.s的最后一行跳转到了setup所在的0x90200位置，开始执行setup程序。

打印开机logo

 

3、setup程序负责完成操作系统启动前的一些设置，它做的事情有：

• 读了一些硬件参数（如内存大小，光标位置等）
• 把system模块（OS代码）移到内存的0地址处，此后内存0地址一直存放OS代码。
• 从实模式变为保护模式，即由16位变成32位寻址方式（这样能寻址4G的内存空间）
• 最后读取一条高级指令（32位），跳到system模块的位置（0地址处）开始执行

部分setup程序

 

4、system模块的第一个文件是head.s，它初始化了gdt(global description table)、页表等数据结构，然后调用了main.c文件，进行一堆初始化（如下图），包括内存、中断、设备、时钟、CPU等内容的初始化。初始化完成后，操作系统就算启动完成了。

main.c进行初始化​

 

总结一下就是，按下开机键后:

• 先读内存固化区BIOS，它负责检查硬件然后读入引导扇区
• 引导扇区负责把setup和system模块读入内存，并打印开机logo
• setup读取硬件参数，把system模块（OS代码）移到0地址处，并从实模式变为保护模式
• 正式开始执行OS代码，首先执行head.s进行一系列初始化操作
• 初始化完成，启动完成

 

以上内容是本人学习李治军老师操作系统课程时的学习笔记，课程链接https://www.icourse163.org/course/HIT-1002531008