操作系统启动流程(以清华大学实验为例)

最新推荐文章于 2024-11-05 10:59:37 发布

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#操作系统启动流程

本文详细介绍了x86体系结构下操作系统启动的全过程，从BIOS的初始化，到实模式与保护模式的切换，再到分段机制的建立和加载操作系统。重点讲解了BIOS如何加载主引导扇区，实模式到保护模式的转换，以及保护模式下的段描述符和地址转换机制。

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BIOS启动过程

（一）x86体系下计算机在加电之后,计算机处于实模式下,此时CS:IP=0xf000:fff0,然后会在该地址处执行一条长跳转指令，跳转到BIOS所在固件物理地址处执行BIOS程序,进行硬件检查并且加载硬盘第一块扇区(主引导扇区)的操作系统引导程序(bootloader)到CS:IP=0xf000:0x7c00处。

（二）跳转到0x7c00处并执行操作系统引导程序 使能A20,建立全局描述符表GDT(简称段表),设置CR0 PE位为1，进入保护模式(32位地址,最大寻址4G字节)，从硬盘第二个扇区开始加载操作系统到内存里。

（三）跳转到操作系统的起始地址执行操作系统程序。

BIOS

计算机启动后，CPU一开始会到一个特定的地址开始执行指令，这个特定的地址存放了系统初始化软件，负责完成计算机基本的IO初始化，这是系统加电后运行的第一段软件代码。对于Intel80386的体系结构而言，PC机中的系统初始化软件由BIOS (Basic Input OutputSystem，即基本输入/输出系统，其本质是一个固化在主板Flash/CMOS上的软件)和位于软盘/硬盘引导扇区中的OS BootLoader（在ucore中的bootasm.S和bootmain.c）一起组成。BIOS实际上是被固化在计算机ROM（只读存储器）芯片上的一个特殊的软件，为上层软件提供最底层的、最直接的硬件控制与支持。

以Intel 80386为例，计算机加电后，CPU从物理地址0xFFFFFFF0（由初始化的CS：EIP确定，此时CS和IP的值分别是0xF000和0xFFF0)）开始执行。在0xFFFFFFF0这里只是存放了一条跳转指令，通过跳转指令跳到BIOS例行程序起始点