操作系统引导揭秘：从实模式到保护模式

"操作系统引导探究--Linux" 本文主要探讨了Linux操作系统的引导过程，从计算机加电开始，逐步解析了从实模式到保护模式的转换，以及引导程序在这一过程中的作用。作者以一个名为pyos的实验型操作系统为例，深入浅出地阐述了引导流程的关键步骤。 首先，文章指出，当计算机电源开启时，BIOS（基本输入输出系统）会启动并进行POST（Power-On Self Test，加电自检），检查硬件设备是否正常。完成自检后，BIOS根据用户设定的引导顺序，尝试从指定的驱动器加载引导扇区。引导扇区位于每个磁盘的第一个物理扇区，大小为512字节，如果其最后两个字节是"55AA"，则表明这是一个有效的引导扇区，BIOS会将该扇区内容加载到内存的0x0000:0x7c00地址处。 引导程序（Bootloader）就是这个512字节的代码，它的主要任务是初始化必要的硬件，如内存管理、中断处理，并为加载操作系统内核做准备。在实模式下，CPU的地址线未被完全利用，无法支持内存保护和多任务等高级功能。因此，引导程序必须切换到保护模式，启用内存管理和段机制，这通常涉及到设置控制寄存器，如CR0，以及执行某些特定的指令，如LTR或LGDT。 在实模式到保护模式的过渡中，引导程序会加载GDT（全局描述表）和IDT（中断描述表），定义内存访问规则和中断处理方式。接着，它会定位操作系统的内核映像位置，并将其加载到内存中适当的地址。一旦内核被加载，引导程序会将控制权传递给内核，由内核接手后续的初始化工作，如设置页表、初始化设备驱动、启动调度器等。 在Linux环境下，常见的引导程序有LILO、GRUB等，它们提供了更复杂的功能，如多操作系统选择、内核参数设置等。GRUB（Grand Unified Bootloader）更是现代Linux系统中的主流引导程序，支持动态配置和模块化设计，能够处理多种文件系统和引导多种操作系统。 引导过程是操作系统启动的关键环节，它涉及硬件初始化、模式切换、内核加载等多个步骤。理解这一过程对于操作系统开发者和系统管理员来说至关重要，有助于解决启动问题，优化系统性能，甚至实现自定义引导流程。本文通过pyos系统引导程序的实例，为读者提供了一个直观的学习路径，有助于深入理解Linux启动的底层机制。