操作系统启动流程_计算机的启动流程在哪一章

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先大致介绍下操作系统启动时涉及到的一些概念，见一、二章。第三章是具体详细的启动流程。

一、CPU工作模式

1. 实模式：
实模式下，内存地址=段基址：段偏移量
段基址由段寄存器提供，段偏移量由通用寄存器提供。

2. 保护模式：
保护模式支持多任务、实现了虚拟存储系统、拥有存储器保护等保护功能。
二者详细区别和联系，可见文章：深入浅出CPU的两种工作模式

二、 CPU内的寄存器结构

1.通用寄存器：

1.1 数据寄存器：

AX：累加器，算术运算的主要寄存器
BX：基址寄存器，基址寻址时用于保护基地址
CX：计数器，在循环指令里作为隐含的计数器
DX：数据寄存器，DX和AX一块存储双字，AX为低，DX为高

1.2 指针寄存器：

SP：堆栈指针寄存器，存放栈顶偏移地址。SP初值决定了所用堆栈区的大小，堆栈的栈底（SS存储）在低地址端，进栈方向是由高地址向低地址增长。实际物理地址=SS:SP

BP：基址指针寄存器，存放堆栈区的某个基地址。因为堆栈pop和push时，BP不用动，均是SP动。所以BP能作为临时变量来存储堆栈里某个操作数地址。

堆栈详情与入栈实现见下图。出栈与下图相反，本文略过。

1.3 变址寄存器

SI：源变址寄存器，存源操作数的偏移地址
DI：目的变址寄存器，存目的操作数的偏移地址
用于指令的间接、相对寻址，存放当前数据段中某个存储单元的偏移地址。

2.段寄存器

CS：代码段段寄存器
DS：数据段段寄存器
ES：附加段段寄存器
SS：堆栈段段寄存器
一般情况下，各段分配由OS负责，独立占有64KB

3.指令指针寄存器

IP：指令指针寄存器，存的是下一条指令在代码段里的偏移地址，IP指向当前执行指令的下一条指令。以8086为例，总线接口单元（BIU）根据CS和IP形成下一条指令的物理地址，一旦这个地址送往存储器，下一条指令就会被从内存中取出，送往CPU指令队列。当执行单元（EU）开始执行这条指令，就会马上修改IP为IP += 这条指令长度（字节数），此举确保IP始终指向下一条指令。

4.标志寄存器

Flags：用于保存状态标志和控制标志。寄存器中的各个标志位是由执行单元（EU）中的算术逻辑单元（ALU）自动生成的。

三、打开电源以后，PC=？

计算机工作运行大体上就是，先将程序放入存储器里，然后使用PC / IP指针指向这个程序，之后就是取指、执行的循环。

其中，IP（instruction pointer），PC（program counter），两者均指向当前执行指令的下一条指令。二者区别在于，PC是非intel厂家对IP的称呼，实际上PC与CS:IP是一样的功能。

关于CS（code segment）的补充：
CPU在执行指令时，会通过代码段寄存器CS和指令指针寄存器IP来确定要执行的下一条指令的内存地址。IP实际上存的是下一条指令在代码段里的偏移地址，而CS存的是代码段的基址。

• 在实模式下，能通过两者直接算出内存中实际的物理地址。以8086为例，下一条指令的实际物理地址=CS<<4+IP。
• 在保护模式下，除了CS、IP外还需gdt表才能算出实际物理地址。

实模式和保护模式见上第一章。CS、IP等寄存器详细知识点见上第二章。

对于X86结构，刚开机时CPU处于实模式（实模式寻址 CS:IP ，即 CS<<4+IP ）

开机时，默认值CS=0xFFFF,IP=0x0000，寻址0xFFFF0（这个地址是ROM BIOS映射区。BIOS —— basic input output system ）。
开机后系统会直接跳到这部分代码执行，这是刚上电以后，内存中唯一有代码的地方。这部分代码会检查RAM、键盘、显示器等等。

然后这段代码会将0磁盘0磁道0扇区读入内存0x7c00处（一个扇区512Byte，0磁道0扇区是操作系统的引导扇区。引导扇区的代码就是bootsect.s。后缀.s文件是汇编文件），然后将CS设为0x07c0,ip为0x0000（即能寻址到0x7c00），即开始执行bootsect.s的代码。

1. bootsect.s模块：本部分将操作系统代码从磁盘读进内存。

bootsect.s会将自己本身的代码从0x07c00处移动到0x90000处（为了给之后setup模块移动操作系统代码到0地址腾出空间，避免移动代码时，导致bootsect受影响）。

将setup的四个扇区读到bootsect后面，即0x90200（因bootsect.s只有256Byte）.然后显示开机logo画面。

之后再将操作系统整个system模块读取进内存。之后系统跳转到0x90200去执行setup部分。boot部分就结束了。

2. setup模块：本部分将完成OS启动前的初始化设置，切入保护模式。

setup模块将system代码移动到了地址0x0。然后进入保护模式（通过设置cr0寄存器的最后一位为1来切换成保护模式），启动32位的寻址方式，从而使可访问内存变大。

之后保护模式下的地址翻译需要使用gdt（global describe table全局描述符表），gdt表的初始化由setup模块实现。之后，setup会跳到system代码起始处（0x0），结束setup流程，准备开始执行system模块。
在保护模式下，CS（也叫选择子）存放的是段表项号，用于选择gdt表中的具体某个表项。表项中存放着段基址，物理地址 = ip+段基址。

3. system模块：

本模块的第一部分代码是head.s，功能也是初始化一些状态例如gdt表页表等等。

setup是初始化并进入保护模式，head是进入保护模式以后的初始化。

至此，操作系统要真正开始工作了，由head汇编代码会跳到用c语言编写的main函数里，然后开始执行linux内核C代码。

对于不同架构不同硬件的主机，相关地址的值还需具体分析对应的汇编.s文件才可得知。