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标题: X86架构下Linux启动过程分析 [打印本页]

作者: 苹果也疯狂 时间: 2015-6-30 21:15 标题: X86架构下Linux启动过程分析

1、X86架构下的从开机到Start_kernel启动的总体过程
这个过程简要概述为：
开机——>BIOS——>GRUB/LILO——>Linux Kernel
其运行的流程图和重要函数如下图所示：

2、加载Linux内核（基于X86）的内存布局图

|       |
0A0000 +--------------------------+
|  Reserved for BIOS | Do not use. Reserved for BIOS EBDA.
09A000 +--------------------------+
|  Command line |
|  Stack/heap | For use by the kernel real-mode code.
098000 +--------------------------+
|  Kernel setup | The kernel real-mode code.
090200 +--------------------------+ <---  __start函数开始执行地址
|  Kernel boot sector | The kernel legacy boot sector.
090000 +--------------------------+ <---  header.S
|  Protected-mode kernel | The bulk of the kernel image.
010000 +--------------------------+
|  Boot loader | <- Boot sector entry point 0000:7C00
001000 +--------------------------+
|  Reserved for MBR/BIOS |
000800 +---------------------------+
|  Typically used by MBR |
000600 +--------------------------+
|  BIOS use only       |
000000 +--------------------------+

3、启动
2、BIOS启动引导阶段
BIOS调用Bootloader来把操作系统的内核映像加载到系统RAM中。
(1)、当PC的电源打开后，80x86架构的cpu将自动进入实模式，并从地址0xFFFF0（CS：0xFFFF，IP：0x0）开始自动执行程序代码，这个地址通常是BIOS的地址。
(2)、BIOS的首先进行POST（Power On Self Test即加电后自检），检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作，例如内存和显卡等设备。此时显卡还没有初始化，如果发现了一些致命错误，例如没有找到内存或者内存有问题（此时只会检查640K常规内存），BIOS会直接控制喇叭发声来报告错误，声音的长短和次数代表了错误的类型。
(3)、然后物理地址0处开始初始化中断向量（注意：这个BIOS的中断向量很重要，后边的很多和硬盘等的交互都是通过此中断向量完成的）。
(4)、此后，BIOS将启动设备的第一个扇区(第0磁道第一个扇区被称为MBR即主引导记录，它的大小是512字节，里面存放了用汇编语言编写的预启动信息、分区表信息、魔数0x55AA)，读入内存绝对地址0x7C00处，并跳转到这个地址并执行。其实被复制到物理内存0x7C00处的内容就是Boot Loader，对于较早的内核不靠grub启动的，它就是bootsect.S程序，而对于现在PC多数使用grub引导启动的，就是lilo或者grub了。
3、Bootloader阶段
Bootloader程序是为计算机加载（load）计算机OS内核的。bootloader程序通常位于硬盘上，被BIOS调用，用于加载内核。在PC机上常见的bootloader主要有grub和lilo等。
GRUB（GRand Unified Bootloader）是当前linux诸多发行版本默认的引导程序。嵌入式系统上，最常见的bootloader是U-BOOT。这样的bootloader一般位于MBR的最前部。在linux系统中，bootloader也可以写入文件系统所在分区中。比如，grub程序就非常强大。 Gurb运行后，将初始化设置内核运行所需的环境。然后加载内核镜像。grub磁盘引导全过程：
（1）stage1、grub读取磁盘的第一个512字节的主引导记录MBR。
（2）stage1.5、识别各种不同的文件系统格式，目的是为了grub能识别到文件系统。
（3）stage2、加载系统引导菜单(/boot/grub/menu.lst或grub.lst)，加载内核vmlinuz和RAM磁盘initrd。

4、Linux内核启动过程
内核映像文件vmlinuz：包含有linux内核的静态链接的可执行文件，传统上，vmlinux被称为可引导的内核镜像。vmlinuz是vmlinux的压缩文件。其构成包括：
1、第一个512字节的bootsect（第一个块）
2、第二个是setup代码，若干不多个512字节（一会再说它多大）
3、保护模式下的内核代码
bzImage文件：使用make bzImage命令编译内核源代码，可以得到采用zlib算法压缩的zImage文件，即big zImage文件。老的zImage解压缩内核到低端内存，bzImage则解压缩内核到高端内存（1M（0x100000）以上），在保护模式下执行。
bzImage文件由setup和vmlinux两部分组成，setup是实模式下的代码，vmlinux是保护模式下的代码。具体包含vmlinuz、bootsect.o、setup.o、解压缩程序misc.o、以及其他一些相关文件（如 piggy.o）。
initramfs(或initrd)文件：initrd是initialized ram disk的意思。主要用于加载硬件驱动模块，辅助内核的启动，挂载真正的根文件系统。

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