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PC32位操作系統(tǒng)啟動(dòng)過程朱韜2015-01-20課程內(nèi)容PC系統(tǒng)啟動(dòng)模式歷史PC主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)BIOS主要功能相關(guān)概念PC系統(tǒng)物理地址空間(X8632位)PC保護(hù)模式內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換MBRDOS啟動(dòng)操作系統(tǒng)啟動(dòng)操作系統(tǒng)啟動(dòng)最終結(jié)果好書推薦PC系統(tǒng)啟動(dòng)模式歷史DOS時(shí)代(它不能算是真正的操作系統(tǒng))MAC和磁帶(都以為是喬布斯最先實(shí)現(xiàn)的)PC和軟盤(IBM實(shí)現(xiàn),這時(shí)還沒微軟什么事)PC、BIOS、MBR和硬盤(也沒微軟什么事)PC操作系統(tǒng)時(shí)代PC、BIOS、MBR、硬盤和單個(gè)kernelPC、BIOS、MBR、硬盤、bootloader和多個(gè)kernelPC、EFI/UEFI、GUID、storage、bootloader和多個(gè)操作系統(tǒng)環(huán)境PC主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)90后00后BIOS主要功能自診斷程序:通過讀取CMOS
RAM中的內(nèi)容識(shí)別硬件配置,并對(duì)其
進(jìn)行自檢和初始化CMOS設(shè)置程序:引導(dǎo)過程中,用特殊熱鍵啟動(dòng),進(jìn)行設(shè)置后,存
入CMOSRAM中系統(tǒng)自舉裝載程序:在自檢成功后將磁盤相對(duì)0道0扇區(qū)上MBR的
引導(dǎo)程序裝入內(nèi)存,讓其運(yùn)行以裝入操作系統(tǒng)(歷史原因很復(fù)雜)主要I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和中斷服務(wù):由于BIOS直接和系統(tǒng)硬件
資源打交道,因此總是針對(duì)某一類型的硬件系統(tǒng),而各種硬件系
統(tǒng)又各有不同,所以存在各種不同種類的BIOS,隨著硬件技術(shù)的
發(fā)展,同一種BIOS也先后出現(xiàn)了不同的版本,新版本的BIOS比起
老版本來說,功能更強(qiáng)(經(jīng)典廢話)最煩人的概念實(shí)模式和保護(hù)模式(兼容是個(gè)政治問題)物理存儲(chǔ)器(內(nèi)存條)物理地址(操作系統(tǒng)看不見)虛擬存儲(chǔ)器(內(nèi)存通貨膨脹后的解決方法)虛擬地址/線性地址(一眼看不清)邏輯地址(哥只是個(gè)傳說)實(shí)模式Intel808616位寄存器,尋址能力64K(可以支持文本圖形)20位地址線,尋址能力1M(當(dāng)時(shí)可不得了)地址線和寄存器有矛盾,因此產(chǎn)生了段(64K)16位基地址左移4位+16位偏移
=
20位地址DOS和Windows2.03.1Intel80286地址總線由原來的20根發(fā)展為24根,尋址能力16M(可以支持真正的圖形界面)CPU通過A20GATE來控制A20地址線為了向下兼容,依然只是用20根地址線,多出來的4位地址造成了后來許多運(yùn)行時(shí)BUG,因此286是個(gè)失敗的產(chǎn)品保護(hù)模式Intel80386+(Linux誕生與此)32位寄存器,4G尋址(順理成章的事)32位地址線,4G尋址(當(dāng)時(shí)被認(rèn)為足夠用了)為了向下兼容,A20地址被用作實(shí)模式和保護(hù)模式的開關(guān)沒有實(shí)際的內(nèi)存段(段長(zhǎng)可變,最大4G)全局描述符表(GDT)和局部描述符表(LDT)重要概念點(diǎn)(繞口令)線性地址空間:指linux系統(tǒng)中的虛擬地址空間,但虛擬地址
不是線性地址?。]有更好的表述了)cpu尋址使用的是物理地址。所以在使用cpu尋址前要把地址轉(zhuǎn)
換好。(基本沒有讓你使用cpu尋址的可能)物理內(nèi)存中的高端內(nèi)存是DDR減去896M后多出來的那一段。虛
擬地址里面的高端內(nèi)存是指用于映射物理高端內(nèi)存的虛擬地址
空間。不過高端內(nèi)存被映射到用戶空間,那就是另外一回事了
(進(jìn)程間通信時(shí)使用)。內(nèi)核空間是可以訪問用戶空間的,不過不是通過虛擬地址直接
訪問的(用戶空間是內(nèi)核空間映射出來的,我花了一年時(shí)間才
理解)。內(nèi)存映射,在不同的情境中意義也不相同。(看不明白的時(shí)候
大多就是出現(xiàn)內(nèi)存映射了)PC系統(tǒng)物理地址空間(X8632位)PC虛擬地址與物理地址轉(zhuǎn)換MBR功能
硬盤的0柱面、0磁頭、1扇區(qū)稱為主引導(dǎo)扇區(qū)(也叫主引導(dǎo)記錄MBR)。它由三個(gè)部分組成,主引導(dǎo)代碼、硬盤分區(qū)表DPT(DiskPartitiontable)和分區(qū)有效標(biāo)志(55AA)。
在總共512字節(jié)的主引導(dǎo)扇區(qū)里主引導(dǎo)程序(bootloader)占446個(gè)字節(jié),第二部分是Partitiontable區(qū)(分區(qū)表),即DPT,占64個(gè)字節(jié),硬盤中分區(qū)有多少以及每一分區(qū)的大小都記在其中。第三部分是magicnumber,占2個(gè)字節(jié),固定為55AA。MBR結(jié)構(gòu)DOS硬盤分區(qū)早期PC系統(tǒng)啟動(dòng)過程DOS系統(tǒng)啟動(dòng)成熟的PC系統(tǒng)啟動(dòng)過程(Win95+、Linux)無bootloader的系統(tǒng)啟動(dòng)(裸奔)有bootloader的單內(nèi)核單操作系統(tǒng)的啟動(dòng)有bootloader的多內(nèi)核單操作系統(tǒng)的啟動(dòng)有bootloader的多內(nèi)核多操作系統(tǒng)的啟動(dòng)高級(jí)bootloader啟動(dòng)多種操作系統(tǒng)UEFI模式下的bootloader啟動(dòng)多種操作系統(tǒng)無bootloader的系統(tǒng)啟動(dòng)(kernel0.11)bootsect.s:內(nèi)核引導(dǎo)程序保存在MBR中setup.s:操作系統(tǒng)加載程序,通常在bootloader中head.s:是system模塊的最開始部分,使系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)模式下運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)過程中的控制權(quán)變化主機(jī)加電BIOS加載入內(nèi)存實(shí)模式運(yùn)行設(shè)備自檢BIOS運(yùn)行搜尋啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行引導(dǎo)代碼將啟程引導(dǎo)序加載進(jìn)內(nèi)存從MBR加載啟動(dòng)引導(dǎo)代碼啟動(dòng)引導(dǎo)程序接管主機(jī)控制權(quán)運(yùn)行并開啟保護(hù)模式加載系統(tǒng)內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)核接管主機(jī)控制權(quán)運(yùn)行內(nèi)核操作系統(tǒng)啟動(dòng)完成運(yùn)行init進(jìn)程操作系統(tǒng)初始化有bootloader的系統(tǒng)啟動(dòng)bootloader和MBR以及各分區(qū)間的關(guān)系Linuxkernel2.2+啟動(dòng)過程MBR系統(tǒng)啟動(dòng)后物理地址與虛擬地址的映射關(guān)系
物理地址有896M直接映射到虛擬地址的內(nèi)存空間,這是一一對(duì)應(yīng)的映射,只有起始地址不一樣,偏移是一樣的。
用戶區(qū)的代碼也是放在這段物理地址里面的,就是說物理地址可以進(jìn)行二次映射。多出來的叫做高端內(nèi)存,如果你使用vmalloc申請(qǐng)空間,就會(huì)在高端內(nèi)存中分配,如果你使用kmalloc申請(qǐng)空間,就會(huì)在小于896的內(nèi)存中分配。Linux系統(tǒng)啟動(dòng)完成
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