操作系统的启动

操作系统的启动

回顾： 刚开始上电，操作系统在硬盘上。而计算机的工作是取指执行，也就是要把代码放到内存上。所以我们第一步就是要把操作系统从磁盘上载入到内存，也就是二中比喻的：把菜谱交给厨师。这个过程在上一节bootsect.s进行。它将操作系统setup分段读取，并打印logo，然后把操作系统后面的system部分读入，最后将bootsect自己从前几个内存位置移走，通过指针交接给setup执行。

setup

setup 模块就是内核在正式接管电脑前进行的“人口普查”和“资产登记”。

因为当 CPU 进入 32 位保护模式（Protected Mode）后，原本由 BIOS 提供的便捷中断服务（如读取磁盘、获取内存容量）就再也无法直接使用了。内核必须在“关灯”切换模式之前，把所有关键的硬件规格记录在案。 ｜ 为什么会有进入32位保护模式这个动作？ 因为在刚开机的时候，CPU 运行在 实模式（Real Mode）。这时候整个世界是 16 位的，地址空间 1MB，很多硬件初始化工作都是通过 BIOS 提供的中断来完成的。而处理器设计为了兼容性永远从实模式启动，但是实模式的16位支撑不了现代操作系统。所以需要先从16位引导跳到32位才能接着启动系统。

第一阶段：硬件参数搜集

在进入保护模式之前，内核需要利用 BIOS 中断（这些中断在保护模式下将不可用）来获取机器的物理配置：

光标位置：用于后续屏幕输出。

内存大小：确定系统可用的物理内存边界。

显卡参数：确定显示模式（文本或图形）。

硬盘参数（设备根号）：获取硬盘的柱面数、磁头数等，存放在特定的内存位置（如 0x90000 处）供内核后续使用。

第二阶段：移动内核镜像

为了给后续的内存布局腾出空间，setup 会将紧随其后的 system 模块（内核主体）从内存的高地址处搬移到起始地址 0x00000。

第三阶段：准备描述符表 (GDT & IDT)

位将要转向的保护模式的内存管理机制的基础做准备。

加载 GDT (Global Descriptor Table)：规定CPU 怎么理解一个地址、有没有权限访问。定义代码段和数据段的基址与权限。此时通常会将基址设为 0，实现平坦内存模型。 用处：为进入保护模式的 CPU 提供一个“新的地址解释规则

加载 GDT 是在告诉 CPU：

> 从现在开始，地址不是简单拼接了，而是需要经过“规则校验”。

这就是“保护”模式名字的来源。

操作系统的内存管理：
第一层：分段（GDT）
    解决“地址是否合法、权限对不对”

第二层：分页（Page Table）
    解决“虚拟地址映射到物理地址”

第三层：内核策略
    解决“哪个进程能用多少内存”

加载 IDT (Interrupt Descriptor Table)：当发生“事件”时，CPU 应该跳到哪里执行代码？ 虽然此时还没有真正的中断处理函数，但必须先初始化一个空的或占位的表。

第一类：异常（Exception）
比如：

除 0

访问非法内存（页错误）

执行非法指令

第二类：硬件中断（Interrupt）
比如：

键盘按下

网卡收到数据

定时器触发

第三类：软件中断
比如：

int 0x80（早期 Linux 的系统调用方式）

在实模式里，有一个叫 IVT（中断向量表）的东西，但是转向保护模式就失效了。所以现在重新构建保护模式下的这套机制

第四阶段：开启保护模式

这是“惊险的一跳”。通过设置控制寄存器 CR0 的 PE（Protection Enable）位，CPU 正式进入 32 位保护模式。

操作系统setup

从此操作系统接管硬件。