Linux启动过程前传——前世BIOS与今生OS

2024-04-22 14:48

本文主要是介绍Linux启动过程前传——前世BIOS与今生OS,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

概述:我们经常讨论操作系统的启动过程,但是却很少讨论操作系统启动之前的过程。BIOS除了开机自检,还完成了哪些工作?CPU厂家,BIOS厂家,OS厂家是如何协作从而保证计算机的运行的?如何保证硬件能认识操作系统,并且听从操作系统的指挥?所有boot sector的第一句可执行汇编语句往往是 mov ax,cs,此时,cs的值来自于哪里呢?是随机的吗?为何boot sector的汇编指令中第一个伪操作往往是 org 0x7c00?

操作系统加载之前,计算机会干什么?等等问题,本文将为你一一解答。


1.BIOS之前——CPU设置CSIP


我们都知道,加电的一瞬间,内存中“空空如也”,程序在BIOS中。此时,需要执行BIOS中的程序,但是CPU怎么知道从哪个地方开始执行呢?毕竟,CPU是厂家A做的,BIOS在主板上,是主板厂商制作的。此时,就有一个约定性的规定:CPU的硬件设计为加电强行把CS设置成0xFFFFIP设置是0x0000这样CSIP就指向了0xFFFF0这个位置,也就是BIOS程序开始的地方。


2.BIOS在内存中加载终端向量表和中断服务程序

BIOS的工作流程如下:加电——自检(测试硬件是否完好)——初始化设备——测试设备(由各个设备的BIOS完成)——更新ESCD(BIOS和OS交互信息的地方)——启动操作系统
BISO启动之前是CPU的事情,启动之后是操作系统的事情,我们关心的是启动之后的事情。

BIOS的工作是开机自检和进行操作系统加载之前的准备,主要工作包括:基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序.

主要程序包括:

中断例程

BIOS中中断例程BIOS中断服务程序。它是微机系统软、硬件之间的一个可编程接口,用于程序软件功能与微机硬件实现的衔接。DOS/Windows操作系统对软、硬盘、光驱与键盘、显示器等外围设备的管理即建立在系统BIOS的基础上。程序员也可以通过对INT5INT13等终端的访问直接调用BIOS终端例程。

系统设置程序

微机部件配置情况是放在一块可读写的CMOSRAM芯片中的,它保存着系统CPU、软硬盘驱动器、显示器、键盘等部件的信息。关机后,系统通过一块后备电池向CMOS供电以保持其中的信息。如果CMOS中关于微机的配置信息不正确,会导致系统性能降低、零部件不能识别,并由此引发一系列的软硬件故障。在BIOSROM芯片中装有一个程序称为“系统设置程序”,就是用来设置CMOSRAM中的参数的。这个程序一般在开机时按下一个或一组键即可进入,它提供了良好的界面供用户使用。这个设置CMOS参数的过程,习惯上也称为“BIOS设置”。新购的微机或新增了部件的系统,都需进行BIOS设置。

POST上电自检

微机接通电源后,系统将有一个对内部各个设备进行检查的过程,这是由一个通常称之为POST(PowerOn SelfTest,上电自检)的程序来完成的。这也是BIOS的一个功能。完整的POST自检将包括CPU640K基本内存、1M以上的扩展内存、ROM、主板、CMOS存贮器、串并口、显示卡、软硬盘子系统及键盘测试。自检中若发现问题,系统将给出提示信息或鸣笛警告。

系统启动自检程序

在完成POST自检后,ROMBIOS将按照系统CMOS设置中的启动顺序搜寻软硬盘驱动器及CDROM、网络服务器等有效的启动驱动器,读入操作系统引导记录,然后将系统控制权交给引导记录,由引导记录完成系统的启动。


3.BIOS加载操作系统相关程序


电源被打开,进行加电自检,然后寻找启动盘,如果发现启动盘的第一个扇区以0xAA55结束,则BIOS认为它是一个启动扇区。发现启动扇区,将启动扇区(512字节)加载到00007c00处,然后将控制权转交给这段引导代码来执行。


注意:这里又出现了一个约定,那就是BIOS开始放弃执行权利以后,会把控制权交给系统程序执行,而且是从0x700这个地方开始。我们负责的操作系统程序,从这个时候就开始上场了,但它的前世却已经诞生了(没有BIOS的中断历程,便不可能进行有软硬件之间的可编程接口)


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