操作系统引导过程解析：从实模式到保护模式

"操作系统引导探究" 本文档主要探讨的是操作系统引导的过程，从计算机加电到操作系统开始运行的这一系列复杂步骤。作者谢煜波是哈尔滨工业大学计算机体系结构实验室的研究员，他在文档中分享了自己在开发实验型操作系统pyos时的心得体会。 在计算机启动时，按下电源键会触发一系列事件。首先，主板接收到电源信号，供电系统启动并通知BIOS（基本输入输出系统）电源已准备就绪。BIOS接着执行POST（Power-On Self Test，上电自检），检查所有关键硬件组件是否正常工作。完成自检后，BIOS会读取其内部的设置，确定引导设备的顺序，并尝试从这些设备中找到有效的引导加载程序。 引导程序是位于磁盘首个扇区（0x0000:0x7c00地址）的512字节代码，这个扇区被称为MBR（Master Boot Record，主引导记录）。如果该扇区的最后两个字节是"55AA"，则表明这是一个有效的引导扇区，意味着该磁盘可以引导系统。引导程序的主要任务是加载下一个阶段的引导加载器，如GRUB或LILO，它们负责选择并加载操作系统内核。 操作系统引导通常分为几个阶段：从MBR加载引导加载器，引导加载器加载内核，然后内核初始化硬件，建立内存管理，最后进入用户界面。在从实模式转换到保护模式的过程中，CPU的特权级会发生变化，以提供更安全的多任务环境。实模式下，所有程序都有访问所有内存的权限，而在保护模式下，通过页表和段选择子，可以限制程序的访问权限，防止数据损坏或恶意攻击。 pyos操作系统项目旨在提供一个从零开始构建操作系统的实践平台，不模仿现有的操作系统，而是通过实践来学习和积累技术。作者鼓励对此感兴趣的爱好者参与，共同探索操作系统的世界。文档中详细描述了从实模式到保护模式的过渡，这是引导过程的关键部分，也是理解操作系统核心机制的基础。 文档还指出，引导程序的编写要考虑兼容性、效率和错误处理，因为它是系统启动的第一步。引导加载器需要识别不同类型的文件系统，以便能够加载不同格式的内核。此外，引导程序还需要处理可能的硬件故障和配置问题，以确保在各种情况下都能成功启动。 "操作系统引导探究"深入浅出地介绍了操作系统引导过程中的技术细节，是理解计算机启动原理和操作系统开发的重要参考资料。无论是对计算机科学的初学者还是经验丰富的开发者，都能从中获得宝贵的洞见。