深入理解 GNU GRUB - 02 boot.S 2.1 相关BIOS例程

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2. boot.S: GRUB引导第一步
boot.S位于目录boot/i386/pc/。这部分指令被加载到0x7C00~0x7DFF。主要工作包括：配置寄存器；设置堆栈；检测引导盘；检测引导盘读取模式；读取另一扇区指令。这个过程用到几个BIOS例程，并且对主引导记录（MBR, Master Boot Record）结构有很大的依赖。因此boot.S我们分作四步进行详细描述：
1)    相关BIOS例程
2)    主引导记录MBR结构
3)    boot.S代码结构
4)    boot.S详细注释
在本节最后，我们实现一个简单的boot.S，这个boot.S仅仅通过BIOS例程，向终端输出文本。
2.1 相关BIOS例程
boot.S用到五个磁盘相关的BIOS例程。分别是：探测磁盘扩展读支持、LBA方式读、CHS参数获取、CHS方式读、磁盘复位。磁盘读取出现LBA/CHS两种模式（其实LBA又分为28-bit、48-bit、64-bit三种），是因为在磁盘的发展历史上，由于对磁盘容量的错误估量，导致容量屏障的出现，而不得不进行接口更改、扩展。历史上出现的容量屏障主要有四次：
1)    504MiB限制。也称作物理CHS寻址限制。早期的IDE/ATA磁盘接口规定柱面（C=Cylinder）、磁头（H=Head）、扇区（S=Sector）的位宽分别为C/H/S=16/4/8；而BIOS INT 13 H/02H读调用接口规定C/H/S=10/8/6。两者结合取位宽较少者，磁盘寻址参数C/H/S=10/4/6。扇区的起始编号是1而不是0，每扇区数据512字节，因此可寻址容量为210*24*(26-1)*512=528482304bytes=504MiB。
2)    7.88GiB限制。也称作逻辑CHS寻址限制。从1) 可以看出，BIOS INT 13 H/02H接口磁头H有4位是空闲的，因此逻辑上可以扩展磁头H为8位（而实际上连接到IDE/ATA时，磁头H有4位映射到柱面C，或者映射到柱面C和扇区S）。在BIOS接口上看，现在C/H/S寻址范围扩展到210*28*(26-1)*512=8455716864bytes=7.88GiB。
3)    128GiB限制。也称作LBA-28bits限制。在 2) 中，BISO接口的CHS寻址已经到了极限，无法再扩展了，而IDE/ATA是28 位（IDE/ATA内部C/H/S=16:4:8共28位）的，理论寻址容量为228*512=128GB，因此出现了LBA (Logical Block Addressing) 寻址。LBA是一个一维地址，从0~2N-1，其中N是地址宽度，在这里是28，而LBA到CHS的转换由BIOS和磁盘完成。28位LBA寻址容量为228*512=128GiB。
4)    2TiB限制。为了提供更大范围的寻址，Western Digital和Phoenix Technologies制定了EDD (BIOS Enhanced Disk Drive Services) 标准。它使用64位LBA寻址，同时也支持48位和28位寻址。48位LBA寻址容量为128PiB，而64位LBA寻址容量更是高达8ZiB，无论48位LBA或者64位LBA，在当前或可以预见的将来应该是足够的。但是历史悠久的MBR中保存有磁盘分区表DPT，而分区表中分区绝对起始扇区和分区总扇区数都是32位的，因此对于传统分区的磁盘，最大寻址范围由这两个32位值决定，大小为232*512=2TiB。为了解决该问题，引进了GPT (GUID Partition Table) 和EFI (Extensible Firmware Interface) 技术，本文不对其做详细描述，有兴趣的读者可以Google相关主题。
在磁盘容量的计算上，软件按照1024进行单位换算，而厂商按照1000进行单位换算，因此上述的504MiB限制、7.85GiB限制、128GiB限制又称为522MB限制、8.46GB限制、137GB限制。
除了上述限制，历史上还出现过一