MIT 6.828 JOS学习笔记2. Lab 1 Part 1.2: PC bootstrap

Lab 1 Part 1： PC bootstrap

　　我们继续~

PC机的物理地址空间

　　这一节我们将深入的探究到底PC是如何启动的。首先我们看一下通常一个PC的物理地址空间是如何布局的：

　　　                          　

　　这张图仅仅展示了内存空间的一部分。

　　第一代PC处理器是16位字长的Intel 8088处理器，这类处理器只能访问1MB的地址空间，即0x00000000~0x000FFFFF。但是这1MB也不是用户都能利用到的，只有低640KB(0x00000000~0x000A0000)的地址空间是用户程序可以使用的。如图所示。

　　而剩下的384KB的高地址空间则被保留用作其他的目的，比如(0x000A0000~0x000C0000)被用作屏幕显示内容缓冲区，其他的则被非易失性存储器(ROM)所使用，里面会存放一些固件，其中最重要的一部分就是BIOS，占据了0x000F0000~0x00100000的地址空间。BIOS负责进行一些基本的系统初始化任务，比如开启显卡，检测该系统的内存大小等等工作。在初始化完成后，BIOS就会从某个合适的地方加载操作系统。

　　虽然Intel处理器突破了1MB内存空间，在80286和80386上已经实现了16MB，4GB的地址空间，但是PC的架构必须仍旧把原来的1MB的地址空间的结构保留下来，这样才能实现向后兼容性。所以现代计算机的地址 0x000A0000~0x00100000区间是一个空洞，不会被使用。因此这个空洞就把地址空间划分成了两个部分，第一部分就是从0x00000000~0x000A0000，叫做传统内存。剩下的不包括空洞的其他部分叫做扩展内存。而对于这种32位字长处理器通常把BIOS存放到整个存储空间的顶端处。

　　由于xv6操作系统设计的一些限制，它只利用256MB的物理地址空间，即它假设用户的主机只有256MB的内存。

The ROM BIOS

　　现在我们就开始利用Qemu和gdb去探索PC机的启动过程。首先看一下如何利用这两个软件来实现对操作系统的debug。

　　1. 首先打开一个terminal并且来到lab目录下，输入命令

         　　make qemu-gdb

　　　 此时，屏幕上会打印下列信息：

　　　 

　　2. 我们再新建一个terminal，还是来到lab目录下，输入gdb指令，此时屏幕输出信息：

　　　 

　　这样其实就已经可以开始调试了！

　　这里面我们要看最下面5行

　　　　  [f000:fff0]  0xffff0: ljmp   $0xf000, $0xe05b

　　这条指令就是整个PC启动后，执行BIOS的第一条指令。

　　

　　Exercise 2： 使用GDB的'si'命令，去追踪ROM BIOS几条指令，并且试图去猜测，它是在做什么。但是不需要把每个细节都弄清楚。

　　

　　关于Exercise 2的分析，可以看我的这篇博文： MIT 6.828 JOS学习笔记3. Exercise 1.2 http://www.cnblogs.com/fatsheep9146/p/5078179.html

 

  　 综上，我们可以看到BIOS的操作就是在控制，初始化，检测各种底层的设备，比如时钟，GDTR寄存器。以及设置中断向量表。这都和Lab 1 Part 1.2最后两段说的一样。但是作为PC启动后运行的第一段程序， 它最重要的功能是把操作系统从磁盘中导入内存，然后再把控制权转交给操作系统。所 以BIOS在运行的最后会去检测可以从当前系统的哪个设备中找到操作系统，通常来说是我们的磁盘。也有可能是U盘等等。当BIOS确定了，操作系统位于磁 盘中，那么它就会把这个磁盘的第一个扇区，通常把它叫做启动区（boot sector）先加载到内存中，这个启动区中包括一个非常重要的程序--boot loader，它会负责完成整个操作系统从磁盘导入内存的工作，以及一些其他的非常重要的配置工作。最后操作系统才会开始运行。

 

　　可见PC启动后的运行顺序为 BIOS --> boot loader --> 操作系统内核

　　以上就是Lab 1 Part 1部分的全部内容，有问题或纠正错误的同学，欢迎发送到

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