Mr. Process的一生－Linux内核的社会视角(1)-启动
这篇文章讲的是盘古开天地的事。话说Mr. Process是一个现代人，但是，只要是人，总该有个祖先。人们总想知道自己从哪来，然后才可以估摸算一下自己将去向何方。所以咱也要了解一下Linux的世界里人类的起源。
按下电源开关的那个真实的人就是Linux世界里的上帝，他创造了Linux世界的一切。当他按下机箱上的电源开关时，主板开始供电，CPU上的Reset Pin被拉高，这会引起CPU的一系列动作，这些动作是芯片设计时就决定的。CPU中的一些寄存器被置为固定的值，因为这些寄存器可能在启动的过程中要使用，比如CS（代码段寄存器）和EIP（指针指令寄存器）。这一步完成之后，CPU就可开执行地址为0xfffffff0里的ROM中的程序。这段程序就是BIOS(Basic Input Output System)。
BIOS完成下面的功能：
1.POST（Power-On Self Test）：顾名思名，就是查查有什么设备，这些设备是不是正常。要是CPU有Advanced Configuration and Power Interface(ACPI )的支持，也在这个时候进行。ACPI是用来对电源进行管理的，用来节电之类的。
2.初始化设备：确保没有IRQ和IO冲突。
3.寻找OS/Bootloader。这一步后面点再细说
我们在BIOS的设置菜单里能够设置从何处启动，比如软盘，硬盘，光驱…BIOS会按我们设定的顺序搜索OS。
4.把Bootloader复制到RAM里（地址为0x00007c00），然后那个地址开始执行。
什么是Bootloader？
现在，我们只要关心的是：bootloader会找到OS，把OS内核COPY到RAM中。
BIOS完成下面的功能：
1.POST（Power-On Self Test）：顾名思名，就是查查有什么设备，这些设备是不是正常。要是CPU有Advanced Configuration and Power Interface(ACPI )的支持，也在这个时候进行。ACPI是用来对电源进行管理的，用来节电之类的。
2.初始化设备：确保没有IRQ和IO冲突。
3.寻找OS/Bootloader。这一步后面点再细说
我们在BIOS的设置菜单里能够设置从何处启动，比如软盘，硬盘，光驱…BIOS会按我们设定的顺序搜索OS。
4.把Bootloader复制到RAM里（地址为0x00007c00），然后那个地址开始执行。
什么是Bootloader？
现在，我们只要关心的是：bootloader会找到OS，把OS内核COPY到RAM中。
如上图所示，在硬盘的第一个sector，有一个分区表（记录了哪些分区上有操作系统）和一个小版的Bootloader。当这个BIOS被设置为从这里启动时，这个小版的bootloader被复制到RAM的0x00007c00。然后它会把自己又移动到0x00096a00。在这之后，它再把另一段Bootloader从硬盘上复制到0x00096c00，然后从那里开始执行。分作两段的原因是因为现在的bootloader太大了，在MBR上存不完那么多。
Bootloader会把OS的内核映像复制到RAM中。
Bootloader的工作
1. 调用BIOS以显示“Loading Image”的消息。
2. 调用BIOS，把内核映像的前512字节复制到0x00090000，setup()函数在0x00090200。
3. 调用BIOS，把剩下的内核映像加载到0x00010000（小内核zImage）或0x00100000（大内核bzImage）
4. 跳到setup()开始执行。
Setup()的工作
setup()用来初始化设备。虽然BIOS已经做了一些初始化的工作，但是Linux关不依赖于他。setup()会初始化键盘，FPU等设备，并设置一些寄存器。在Setup()的最后，会调用startup_32()。
startup_32()
Linux里有两个startup_32()。
首先会执行的是arch/i386/boot/compressed/head.S里的那个。这个startup_32()的作用主要是解压内核。
第二个startup_32()是在arch/i386/kernel/head.S的。这个startup_32()的工作就是为Linux的第一个进程（就是Mr. Process的祖先）设置生存环境。最后跳到start_kernel()中去。
在Understanding the Linux Kernel 3rd 中的描述如下
- Initializes the segmentation registers with their final values.
- Fills the bss segment of the kernel (see the section “Program Segments and Process Memory Regions” in Chapter 20) with zeros.
- Initializes the provisional kernel Page Tables contained in swapper_pg_dir and pg0 to identically map the linear addresses to the same physical addresses, as explained in the section “Kernel Page Tables” in Chapter 2.
- Stores the address of the Page Global Directory in the cr3 register, and enables paging by setting the PG bit in the cr0 register.
- Sets up the Kernel Mode stack for process 0 (see the section “Kernel Threads” in Chapter 3).
- Once again, the function clears all bits in the eflags register.
- Invokes setup_idt( ) to fill the IDT with null interrupt handlers (see the section “Preliminary Initialization of the IDT” in Chapter 4).
- Puts the system parameters obtained from the BIOS and the parameters passed to the operating system into the first page frame (see the section “Physical Memory Layout” in Chapter 2).
- Identifies the model of the processor.
10. Loads the gdtr and idtr registers with the addresses of the GDT and IDT tables.
11. Jumps to the start_kernel( ) function.
start_kernel()的工作
完成所有组件的初始化工作。
Understanding the Linux Kernel对这一段工作的描述如下：
¨ The scheduler is initialized by invoking the sched_init( ) function (see Chapter 7).
¨ The memory zones are initialized by invoking the build_all_zonelists( ) function (see the section “Memory Zones” in Chapter 8).
¨ The Buddy system allocators are initialized by invoking the page_alloc_init( ) and mem_init( ) functions (see the section “The Buddy System Algorithm” in Chapter 8).
¨ The final initialization of the IDT is performed by invoking trap_init( ) (see the section “Exception Handling” in Chapter 4) and init_IRQ( ) (see the section “IRQ data structures” in Chapter 4).
¨ The TASKLET_SOFTIRQ and HI_SOFTIRQ are initialized by invoking the softirq_init( ) function (see the section “Softirqs” in Chapter 4).
¨ The system date and time are initialized by the time_init( ) function (see the section “The Linux Timekeeping Architecture” in Chapter 6).
¨ The slab allocator is initialized by the kmem_cache_init( ) function (see the section “General and Specific Caches” in Chapter 8).
¨ The speed of the CPU clock is determined by invoking the calibrate_delay( ) function (see the section “Delay Functions” in Chapter 6).
¨ The kernel thread for process 1 is created by invoking the kernel_thread( ) function. In turn, this kernel thread creates the other kernel threads and executes the /sbin/init program, as described in the section “Kernel Threads” in Chapter 3.
以上几个函数的执行过程如下图：
第二个startup_32()和start_kernel()揭示了Linux一生的真谛。从这里面咱看到了Mr. Process（一个普通的进程）所拥有的一切是怎么得到的。弄清楚了这些，也就弄清楚了Linux。