BIOS 时期
按下计算机启动按钮后，主板就加电了。这个时候没有操作系统，内存也是空的，CPU 会先执行计算机生产时就在主板上的 ROM （Read Only Memory，只读存储器）里烧写的初始化程序，即 BIOS（Basic Input and Output System，基本输入输出系统）。
假如现在实模式有 1M 的内存地址空间。这个空间非常有限，需要好好利用。
在 x86 系统中，将 1M 空间最上面的 0xF0000 到 0xFFFFF 这 64K 映射给 ROM，也就是说，到这部分地址访问的时候，会访问 ROM。
当电脑刚加电的时候，会做一些重置的工作，将 CS 设置为 0xFFFF，将 IP 设置为 0x0000，所以第一条指令就会指向 0xFFFF0，正是在 ROM 的范围内。在这里，有一个 JMP 命令会跳到 ROM 中做初始化工作的代码，于是，BIOS 开始进行初始化的工作。
BIOS 要检查一下系统的硬件是不是正常；
要建立一个中断向量表、中断服务程序；因为现在需要用键盘和鼠标，这些都要通过中断进行的。
这个时期也要在屏幕上显示一些字符，也就是在内存空间映射显存的空间。
bootloader 时期
操作系统一般都会安装在硬盘上，在 BIOS 的界面上。你会看到一个启动盘的选项。启动盘一般在第一个扇区，占 512 字节，而且以 0xAA55 结束。这是一个约定，当满足这个条件的时候，就说明这是一个启动盘，在 512 字节以内会启动相关的代码。
Linux 里面有一个工具，叫Grub2，全称 Grand Unified Bootloader Version 2。顾名思义，就是搞系统启动的。
可以通过 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 来配置系统启动的选项。
使用 grub2-install /dev/sda，可以将启动程序安装到相应的位置。
grub2 第一个要安装的就是 boot.img。它由 boot.S 编译而成，一共 512 字节，正式安装到启动盘的第一个扇区。这个扇区通常称为MBR（Master Boot Record，主引导记录 / 扇区）。
BIOS 完成任务后，会将 boot.img 从硬盘加载到内存中的 0x7c00 来运行。
由于 512 个字节实在有限，boot.img 做不了太多的事情。它能做的最重要的一个事情就是加载 grub2 的另一个镜像 core.img。
core.img 由 lzma_decompress.img、diskboot.img、kernel.img 和一系列的模块组成，功能比较丰富，能做很多事情。
boot.img 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，先是解压缩程序 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，kernel.img 是压缩过的，现在执行的时候需要先解压缩。
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，所以在真正的解压缩之前，lzma_decompress.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
切换到保护模式要干很多工作，大部分工作都与内存的访问方式有关。
第一项是启用分段，就是在内存里面建立段描述符表，将寄存器里面的段寄存器变成段选择子，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，这些我们放到内存那一节详细再讲。
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。
现在好了，有的是空间了。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，在 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() 会显示出操作系统的列表让你选择。
选择之后，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 ramdisk 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。
总结
启动的过程比较复杂，这里画一个图，让你比较形象地理解这个过程。梳理一下，做到不管是从流程还是细节上，都能心中有数。
课堂练习
grub2 是一个非常牛的 Linux 启动管理器，请你研究一下 grub2 的命令和配置，并试试通过它启动 Ubuntu 和 centOS 两个操作系统。