操作系统的引导实践：从bootsect到setup

"本次实验旨在让参与者深入了解操作系统的引导过程，特别是通过阅读《Linux内核完全注释》的第6章来理解Linux 0.11的引导流程，并动手改写引导程序bootsect.s和setup.s。实验目标包括熟悉实验环境、掌握基本的操作系统开发流程以及增强对代码控制的能力。实验内容分为三个部分：阅读文献、改写bootsect.s以及可选的改写setup.s。改写后的bootsect.s需在屏幕上显示自定义的提示信息，而setup.s则需加载自身并输出特定硬件参数。实验报告需分析x86启动过程中的冗余步骤，并提出简化方案。评分标准涉及各个部分的功能实现及报告质量。实验鼓励学生参考已有的boot代码，但同时也鼓励独立编写。" 在操作系统的引导过程中，有多个关键步骤。首先，当计算机加电启动时，BIOS(基本输入输出系统)开始运行，它是一个固化在主板上的小程序，负责执行POST(加电自检)来检查硬件是否正常。然后，BIOS会按照用户在CMOS设置中的顺序，从软盘、硬盘、光驱或网络设备中寻找引导扇区，这是“多此一举”的第一步。因为早期的计算机没有硬盘，所以这个顺序是为了兼容多种启动媒介。一个更简洁的设计可能是只从预设的启动设备加载引导程序，减少搜索步骤。 引导扇区，如bootsect.s，被加载到内存后，通常会将控制权交给更高级别的引导加载器，如GRUB。在Linux 0.11中，bootsect.s需要加载setup.s，这涉及到了实模式到保护模式的切换，这是另一个复杂步骤。在实模式下，CPU访问内存不受限制，而在保护模式下，可以设置内存访问权限和分段机制，提高安全性。然而，这种切换在现代操作系统中显得多余，因为现代处理器在加电时可以直接进入保护模式。简化的方法可能是在硬件层面上直接支持引导加载器运行在保护模式。 改写setup.s时，除了加载自身并跳转执行，还需要获取并显示硬件参数，如内存大小、显卡信息和硬盘配置。这涉及对系统寄存器的读取和内存的直接操作。理解这些过程对于操作系统开发者至关重要，因为它们是操作系统与硬件交互的基础。 实验报告部分，学生需要深入分析x86启动过程中的不必要步骤，如为什么需要先通过实模式然后转换到保护模式，以及如何优化这个过程。此外，报告还应展示bootsect.s和setup.s的修改过程及结果，确保所有功能的正确实现。这部分将评估学生的理解程度和批判性思维能力。 这个实验提供了一个绝佳的机会，让学生通过实践来学习操作系统的引导流程，理解底层硬件与软件之间的交互，并培养解决问题和创新思考的能力。