操作系统—计算机的启动过程

一预备

在8086系统CPU中，有两个寄存器CS和IP用于保存CPU接下来需要执行的指令地址，具体计算方法为 CS<<4+IP

例如CS=0x7c0，而IP=0x0001，则CS<<4+IP=0x7c01，因此接下来CPU会从内存地址0x7c01中读取一条指令执行。

当取出一条指令执行后，IP的内容会被自动加当前指令占用的字节数，从而指向了下一条指令，于是，处理器又从取出下一条指令执行。

在计算机刚加电时，CS和IP会被初始化成固定的默认值，CS=0x7c0，IP=0x0000，因此计算机启动时会从0x7c00这个位置开始执行。

0x7c00这个位置被固化了BIOS系统，不要纠结这个系统从哪来的，因为它本身就是在那的。

因此，相当于计算机刚启动时，就会立即开始执行BIOS系统。

BIOS是指基本输入输出系统（Basic Input/Output System），它只做了一件事：从磁盘中把安装在磁盘中的操作系统（如我们使用的windows，linux）加载到内存中，然后通过修改CS和IP寄存器的内容，把CPU的执行控制权交到操作系统中。

具体一点，BIOS会把磁盘中安装的操作系统加载到内存中的0x7c00处，，然后修改CS=0x7c0, IP=0x0000，当CPU读取下一条指令执行时就会读到具体操作系统的指令。

通过上面的描述，你可能觉得BIOS会负责把操作系统的所有内容都加载到内存中去，这但是实际上并不是这样的。

BIOS并不知道具体需要怎样加载操作系统（这很正常，不同的操作系统有不同的加载方式），于是BIOS规定：任何安装在磁盘中的操作系统，必需在磁盘的第0扇区存放一段引导代码，BIOS只把这一段引导代码加载到内存中执行，而具体应该如何加载整个操作系统，由操作系统的编写人员自行在引导代码中定义。

也就是说，BIOS只加载并执行引导代码，而引导代码自行加载整个操作系统。另外值得一提的是，这块存放引导代码的第0扇区被称为主引导扇区，操作系统就是从这里开始的。

这里涉及到磁盘的内容：磁盘中的内容是分扇区维护的，每个扇区共512个字节，第0个扇区为0-511字节，第1个扇区为512-1023字节，依此类推。

将程序交给主引导扇区代码执行后，BIOS就正式功成身退了，毕竟接下来执行的引导代码已经属于操作系统的内容，而具体是怎么执行的，不同的操作系统当然有不同的方法。不过即然已经到操作系统执行了，那么我们可以认为计算机已经启动完毕了。

以上就是计算机启动的整个过程，简单总结就是：

开机时默认初始化CS=0x7c0, IP=0x0000，CPU自动来始执行0x7c00的BIOS代码
BIOS代码把磁盘中第0号扇区的内容加载到0x7c00处，然后修改CS=0x7c0, IP=0x00000，CPU又开始执行操作系统的引导代码

当CPU开始执行引导代码后，计算机就算启动完成了，但是操作系统还没有完全启动成功，接下来以linux0.11为例说说引导代码后续的内容，linux0.11已经是非常老的内容了，但是对于学习操作系统来说，研究它就够了。

linux0.11的主引导扇区代码定义在文件bootsect.s中，这是一段汇编代码。会把操作系统剩下的所有内容都加载到内存中。

操作系统所有的代码都加载到内存中去之后，并不能真正的交给操作系统处理，因为操作系统还需要初始化，所以在此之前还需要执行一断setup.s汇编代码，用于初始化系统。

因加载完毕后bootsect.s会通过修改CS:IP值的方式，让CPU去执行setup.s，至此，bootsect.s代码就算是完成使命了。

setup.s代码存放在磁盘的0-4扇区，会被加载到内存的0x90200处。它主要是初始化了一些系统的基本内容，如内存长度，显卡类型等。然后会把操作系统剩下的核心内容移动到0x0000地址处，再通过修改CS:IP的方式，让CPU开始执行操作系统的核心内容（以下称操作系统内核）。

操作系统内核开始执行前还会先进一步初始化系统，在内核最开始的地方是一个head.s代码段，这里主要是使用一些牛逼的手段调用到C语言的main函数。从这里开始，操作系统终于进入到了C语言编写的内容。

在main函数的头部，还是会先进行进一步的初始化，这个初始化更加仔细，而且也更多，例如初始化了内存管理用的页表，初始化了中断向量表等。到此，操作系统正式启动完成。

总结：linux0.11启动过程：

再跟上面的结合起来，整个流程就是：
开机 =》执行BIOS系统 =》执行主引导扇区代码（bootsect.s）=》执行setup.s =》执行head.s =》执行C语言main函数。