计算机的启动过程

r囧r小猫 2021-12-13 13:27 268阅读 0赞

参考书籍：《操作系统 真象还原》  
环境的搭建：[bochs的安装和配置02][bochs_02]

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## 1、地址总线和内存的关系 ##

在正式谈启动流程之前，有一个概念必须清楚：地址总线和内存的关系。  
假如地址总线是20根，那么内存是 2 20 = 1 M 2^\{20\}=1M 220=1M 。这样的描述不准确。  
假如地址总线是20根，那么最多可以访问1M的内存。这样的描述才准确。  
我们可以将内存想象成一个个格格，每个格格便是一个大小。20根地址线通过不同的排列组合便能**映射**到不同的内存格格上。但是不能将地址线所有的排列组合用完，因为，我还需要一些映射到寄存器，外设等。地址总线和内存是两个东西，地址总线映射到内存上，便能访存了。同样，地址线还要映射到其他地方  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 2、启动流程 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]上面最后写的不对。  
看到第三章的时候，[MBR要加载loader][MBR_loader]，loader加载内核。

上面这张图，显示了开机流程。具体的文字描述我就不敲出来了。  
买个平板除了玩，主要是用来学习的嘛～  
上面是硬盘里只用一个系统。如果有两个系统，那又是什么情况？？

《鸟哥私房菜》中，对这部分有介绍。  
同样，还是将MBR导入内存。但是这个MBR有菜单选择功能。选择不同，便能进入不同的系统。  
我们可以去 /boot/grub 下去看一看，虽然，不一定能看懂。  
启动流程：http://linux.vbird.org/linux\_basic/0510osloader.php  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
B站中启动流程介绍：https://www.bilibili.com/video/av18156598/?p=103  
里面有一个很详细的流程图。但是我没有B站的会员，便不截图了。  
这里面有一个很有趣的问题：linux中没有硬盘的驱动。但是硬盘的驱动存储在硬盘中。即“没有硬盘驱动，便读不了硬盘。要读硬盘，但硬盘的驱动在在硬盘中”。这就像要用钥匙才能打开门，但是要是又在门内。系统采用的办法是，虚拟文件系统。具体的细节我不知道。也不清楚为啥不把硬盘的驱动放入内核。

## 3、有趣的实验 ##

我们在硬盘的最开始位置(MBR)写入一个显示程序。  
这样，在没有操作系统的情况下，计算机启动的时候，BIOS加载MBR，便在屏幕上有所显示。  
汇编语言方面，建议先阅读练习王爽的《汇编语言》。  
代码在github上有，下面有两个链接：  
《操作系统真象还原》一书实现的系统代码 ：https://github.com/seaswalker/tiny-os  
《操作系统真象还原 》book上所有code / 操作系统真相还原 ：https://github.com/fuujiro/OS\_lab  
代码

;主引导程序 
    ;------------------------------------------------------------
    SECTION MBR vstart=0x7c00         
       mov ax,cs      
       mov ds,ax
       mov es,ax
       mov ss,ax
       mov fs,ax
       mov sp,0x7c00
    
    ; 清屏 利用0x06号功能，上卷全部行，则可清屏。
    ; -----------------------------------------------------------
    ;INT 0x10   功能号:0x06	   功能描述:上卷窗口
    ;------------------------------------------------------
    ;输入：
    ;AH 功能号= 0x06
    ;AL = 上卷的行数(如果为0,表示全部)
    ;BH = 上卷行属性
    ;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置
    ;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置
    ;无返回值：
       mov     ax, 0x600
       mov     bx, 0x700
       mov     cx, 0           ; 左上角: (0, 0)
       mov     dx, 0x184f	   ; 右下角: (80,25),
    			   ; VGA文本模式中,一行只能容纳80个字符,共25行。
    			   ; 下标从0开始,所以0x18=24,0x4f=79
       int     0x10            ; int 0x10
    
    ;;;;;;;;;    下面这三行代码是获取光标位置    ;;;;;;;;;
    ;.get_cursor获取当前光标位置,在光标位置处打印字符.
       mov ah, 3		; 输入: 3号子功能是获取光标位置,需要存入ah寄存器
       mov bh, 0		; bh寄存器存储的是待获取光标的页号
    
       int 0x10		; 输出: ch=光标开始行,cl=光标结束行
    			; dh=光标所在行号,dl=光标所在列号
    
    ;;;;;;;;;    获取光标位置结束    ;;;;;;;;;;;;;;;;
    
    ;;;;;;;;;     打印字符串    ;;;;;;;;;;;
       ;还是用10h中断,不过这次是调用13号子功能打印字符串
       mov ax, message 
       mov bp, ax		; es:bp 为串首地址, es此时同cs一致，
    			; 开头时已经为sreg初始化
    
       ; 光标位置要用到dx寄存器中内容,cx中的光标位置可忽略
       mov cx, 5		; cx 为串长度,不包括结束符0的字符个数
       mov ax, 0x1301	; 子功能号13是显示字符及属性,要存入ah寄存器,
    			; al设置写字符方式 ah=01: 显示字符串,光标跟随移动
       mov bx, 0x2		; bh存储要显示的页号,此处是第0页,
    			; bl中是字符属性, 属性黑底绿字(bl = 02h)
       int 0x10		; 执行BIOS 0x10 号中断
    ;;;;;;;;;      打字字符串结束	 ;;;;;;;;;;;;;;;
    
       jmp $		; 使程序悬停在此
    
       message db "1 MBR"
       times 510-($-$$) db 0
    db 0x55,0xaa

然后编译，放入硬盘

nasm -o mbr.bin mbr.S
    #ls -alh mbr.bin #-rw-r--r-- 1 dacao dacao 512 7月 7 15:22 mbr.bin
    #file mbr.bin #查看文件类型：mbr.bin: DOS/MBR boot sector。有意思funny
    dd if=/your__path/mbr.bin of=/your__path/bochs/hd60M.img bs=512 count=l
    conv=notrunc

启动bochs测试一下,欧了。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

[bochs_02]: https://blog.csdn.net/sinat_38816924/article/details/95012120
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211213/1ccac2010f4c4f9a8ccbcf38f38e128a.png
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[MBR_loader]: https://blog.csdn.net/sinat_38816924/article/details/95182331
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20211213/6526b5ab327747f9bb3f7426533a0cb8.png
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