操作系统启动过程-智车联盟

操作系统启动过程简单分为四部分，从BIOS自检、系统引导、启动内核、初始化系统。其中每个部分又分为多个自部分，操作系统的建立是一个相对比较复杂的事情。

操作系统从加电到用户工作环境准备好的过程分为三个步骤：初始引导，核心初始化，系统初始化。

一.初始引导

1.实模式和保护模式

（1）实模式（实地址模式）：系统按照8086寻址方法访问00000h~FFFFFh（1MB大小）。

寻址方式：物理地址（20位）=段地址左移四位+偏移地址

CPU单任务运行。

实模式的存在时间非常短，一般感觉不到。CPU在复位（reset）或加电（power on）的过程中是以实模式方式进行的。CPU以实模式运行时，不能实现权限分级，也不能访问20位以上的地址线，即只能访问1MB大小的内存。之后进行加载操作系统模块，实模式转化为保护模式。

实模式存取的1MB空间：

前面640K（00000~9FFFF）：基本内存

中间128K（A0000~8FFFF）：显卡内存

末尾256K（C0000~FFFFF）：BIOS

C0000~C7FFF：显卡 BIOS

C8000~CBFFF：IDE控制器BIOS

F0000~FFFFF：系统BIOS

（2）保护模式（内存保护模式）

寻址方式：段（32位）和偏移量（32位），寻址4GB。

保护模式改变了程序的寻址方式，使进程的地址空间得到保护。

2.系统BIOS（BASIC I/O SYSTEM）（fireware，固件）

在实模式下访问的1MB空间的最后64KB（F0000~FFFFF）中存储着系统BIOS。

功能：CMOS设置、基本的I/O设备中断服务、POST（上电自检）、系统自举。

3.POST

在加电后CPU回马上从FFFF0h处开始执行指令，这里的指令是JUMP POST的跳转指令，跳到系统BIOS启动代码处。该代码会进行POST（Power On Self Test ,加电后自检）。首先会先检查显卡BIOS，检查完后开始在屏幕上显示显卡信息。其后是检查系统中一些关键设备是否正常工作，如果存在问题，系统BIOS会直接控制喇叭发出发出声音来汇报错误信息，然后系统BIOS会继续检查各种标准硬件设备，在这之后会继续检查一些即插即用设备。在所有硬件设备检查完毕后，系统BIOS会根据用户指定的启动顺序选择从软件、硬件或者光驱启动。

4.MBR（Master Boot Record，主引导记录）

在通常设定的启动顺序下，系统BOIS会读取磁盘0面0道第一扇区的内容（MBR）。MBR只有512个字节，其主要作用是告诉计算机到磁盘那个位置去寻找操作系统。计算机会加载MBR中的引导程序，常见的引导程序有：ntrdl（WinXP以下）、bootmgr（Vista以上Win7）、GRUB、LILO。接着引导程序会根据相关参数读取硬盘指定位置的文件到内存，加载硬盘上的操作系统内核并初始化基本参数，再之后，操作系统内核会加载其内核剩余部分，直至完全控制计算机。

二.核心初始化

目的：执行系统核心的初始子程序，初始化系统核心数据。

典型工作：

l 各种寄存器的初始化

l 存储系统和页表初始化

l 核心进程构建

…

三.系统初始化

目的：为用户使用系统做准备，使系统处于待命状态。

四.系统启动举例

1.Windows的启动过程

l POST