操作系统启动过程详解：从BIOS到内核加载

“高级操作系统（一）杨力祥课件，主要涵盖了从开机加电到执行main函数之前的系统启动过程，包括BIOS启动、实模式、中断向量表、中断服务程序、加载操作系统的各个阶段，以及相关代码实现的细节。” 在计算机科学中，操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的核心软件。高级操作系统的学习涉及到许多底层概念和技术，本课件由杨力祥教授提供，旨在深入解析这一主题。以下是对课件部分内容的详细解释： 1. **启动流程**：计算机开机时，首先执行的是固化在主板上的BIOS（基本输入输出系统）。BIOS的主要任务是进行自检（POST），然后根据用户设定的启动顺序加载启动设备上的引导程序。 2. **实模式**：BIOS在16位实模式下运行，此时CPU的地址线未被完全利用，只能访问1MB的物理内存。实模式下的地址计算基于段机制，每个段由16位段基址和16位偏移地址组成，形成20位的物理地址。 3. **中断向量表和中断服务程序**：中断向量表存储了所有可能中断的处理程序地址和相关数据。当系统接收到硬件或软件中断请求时，通过中断向量找到对应的中断服务程序来处理。 4. **加载操作系统程序**：BIOS通过读取硬盘上的引导扇区（通常是第一个扇区，即MBR，主引导记录）来加载操作系统。这个过程通常分为两个阶段：bootsect（引导扇区）和setup（设置程序）。 5. **bootsect**：引导扇区是操作系统加载的第一部分，它负责将setup程序加载到内存的特定位置。在示例代码中，bootsect被加载到0x07c0段，并随后移动到0x9000段，以便为setup腾出空间。 6. **内存布局**：BOOTSEG、INITSEG、SETUPSEG、SYSSEG和ENDSEG等常量定义了不同部分在内存中的起始位置。例如，SETUPSEG位于0x9020，而kernel则从SYSSEG（0x1000）开始加载。 7. **复制bootsect**：引导扇区代码包含了一个复制自身到新位置的循环，使用`rep movsw`指令来完成。完成后，跳转到新位置（INITSEG）继续执行。 8. **初始化段寄存器**：在新位置执行时，需要更新段寄存器（如DS、ES、SS）以指向新的代码和数据段。同时，堆栈指针（SP）也需要设置，以确保正确地处理调用和返回。 9. **加载setup**：setup程序进一步加载操作系统内核，并为进入保护模式做准备。保护模式允许更复杂的内存管理、多任务和内存保护。 本课件详细阐述了操作系统启动过程中的一些关键步骤，是学习高级操作系统和Linux源码分析的重要参考资料，对于理解计算机系统底层运作有极大帮助。