誰(shuí)都能看懂的計(jì)算機(jī)啟動(dòng)過(guò)程boot

生活中我們往往以為的理所應(yīng)當(dāng)有時(shí)卻不是那么平常,比如boot粮呢,平時(shí)說(shuō)到計(jì)算機(jī)啟動(dòng)唾糯,都會(huì)提到boot怠硼,而boot的英文意思是靴子,跟計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)怎么會(huì)聯(lián)系起來(lái)呢移怯。

事實(shí)上,boot作為啟動(dòng)的意思來(lái)源于

pull oneself over a fence by one′ sbootstraps

話說(shuō)從前有一個(gè)人陷入泥潭这难,但他卻用靴子后面的拉環(huán)將自己從泥潭里拉了出來(lái)舟误,你能想象螺旋升天的場(chǎng)景嗎。

這故事本身聽(tīng)起來(lái)不可思議姻乓,但它所描述的過(guò)程卻恰與計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程相似嵌溢,因?yàn)橄胍獑?dòng)計(jì)算機(jī)必須運(yùn)行程序,而想要運(yùn)行計(jì)算機(jī)必須先啟動(dòng)計(jì)算機(jī)蹋岩,仿佛想要啟動(dòng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)陷入了一個(gè)死循環(huán)赖草,那么事實(shí)上計(jì)算機(jī)是怎么啟動(dòng)的呢?

相比人類世界運(yùn)作的復(fù)雜剪个,PC的運(yùn)行過(guò)程及其簡(jiǎn)單秧骑,就是不斷重復(fù)


這樣的周期,但是想要進(jìn)入這個(gè)周期卻并不容易扣囊。

就像有了光才有了生命的開(kāi)始乎折,在你加電的那一刻PC世界才開(kāi)啟。

主板上電后侵歇,由于電壓尚未穩(wěn)定骂澄,有一塊控制芯片告訴CPU先不要急,先進(jìn)行初始化惕虑,也就是"reset"坟冲, 待電壓穩(wěn)定后,控制芯片撤銷"reset"溃蔫,CPU就急不可耐得去執(zhí)行他人生的第一條執(zhí)行健提,當(dāng)然指令是被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中,實(shí)際上就是一個(gè)地址酒唉,在Intel的x86架構(gòu)下矩桂,這個(gè)地址為0xFFFFFFF0,至于為什么是這個(gè)地址痪伦,涉及的層面就比較高了侄榴,我們就先不聊了。

說(shuō)到地址网沾,有人可能就想到那不就是內(nèi)存嗎癞蚕。可是這個(gè)地址還真不是內(nèi)存中的地址辉哥,因?yàn)榇藭r(shí)內(nèi)存還沒(méi)被初始化呢桦山,這個(gè)地址是BIOS芯片里的一個(gè)地址攒射。

想要有地址,首先就得編址恒水,就像你家門(mén)牌號(hào)会放,是由管理國(guó)土規(guī)劃的人來(lái)編址,而cpu就像是國(guó)土局的人钉凌,給存儲(chǔ)介質(zhì)一字節(jié)一字節(jié)得劃好了地址咧最,cpu編地址有兩種方式,一種是統(tǒng)一編址御雕,比如我在內(nèi)存中劃出一塊區(qū)域?qū)iT(mén)作為與外設(shè)交互的地址矢沿,一個(gè)超明顯的例子就是顯存,以Intel的x86架構(gòu)為例酸纲,0xB8000就是顯存的地址捣鲸,你往這個(gè)地址下寫(xiě)字符就是能在顯示器上顯示出來(lái),從這個(gè)地址開(kāi)始闽坡,每兩個(gè)字節(jié)被解釋為顯示在屏幕上的一個(gè)字符栽惶,這第一個(gè)字節(jié)表示要顯示字符的字模碼,就是一個(gè)字符的像素點(diǎn)應(yīng)該怎么點(diǎn)出來(lái)无午,第二個(gè)字節(jié)用于表示這個(gè)字符的前景色和背景色媒役。具體如下

我們?cè)僬f(shuō)回計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的事,等到控制芯片撤銷"reset"命令后宪迟,cpu便進(jìn)入BIOS上的上電自檢程序(Power On Self Test)酣衷,比如檢查一下內(nèi)存硬盤(pán)能不能正常訪問(wèn)啊,總線上跑數(shù)據(jù)網(wǎng)卡連接有沒(méi)有問(wèn)題啊次泽,當(dāng)cpu檢查這些都沒(méi)有問(wèn)題后穿仪,他就覺(jué)得他行了,此時(shí)cpu就去找所有軟件的大哥-操作系統(tǒng)意荤,至于去哪里找啊片,就要根據(jù)BIOS上的一張?jiān)O(shè)備啟動(dòng)順序表,對(duì)玖像,就是你進(jìn)入BIOS后能自己設(shè)置從硬盤(pán)或者u盤(pán)啟動(dòng)的那張表紫谷。

cpu會(huì)根據(jù)表上存儲(chǔ)介質(zhì)的順序,去讀每一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)的第一個(gè)扇區(qū)捐寥,即512個(gè)字節(jié)笤昨,假如這個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)的最后兩個(gè)字節(jié)是0x55和0xAA,那么cpu認(rèn)為操作系統(tǒng)就在這塊存儲(chǔ)介質(zhì)里握恳,于是開(kāi)始加載操作系統(tǒng)瞒窒,并不再去檢查后面的設(shè)備。

cpu會(huì)將存儲(chǔ)介質(zhì)上的第一個(gè)扇區(qū)的512字節(jié)加載到內(nèi)存的0x7C00處乡洼,緊接著開(kāi)始從0x7C00執(zhí)行指令崇裁,由于512字節(jié)大小有限(如果夠大的話我直接把操作系統(tǒng)的代碼放在這)匕坯,所以只夠我們將操作系統(tǒng)的引導(dǎo)程序放在這里,這段代碼由于意義特殊拔稳,我們一般把它叫做bootloader程序葛峻。

一般單操作系統(tǒng)電腦來(lái)說(shuō)bootloader就是把操作系統(tǒng)內(nèi)核引導(dǎo)到內(nèi)存里,但是GNU推出GRUB幫助我們?cè)?b>bootloader階段來(lái)選擇一個(gè)操作系統(tǒng)進(jìn)入壳炎,以便適應(yīng)現(xiàn)在操作系統(tǒng)眾多的環(huán)境泞歉。

以上就是關(guān)于boot的整個(gè)過(guò)程,其實(shí)就是檢查引導(dǎo)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單節(jié)奏匿辩,但其中涉及的細(xì)節(jié)問(wèn)題卻十分復(fù)雜,這里所提到的也只是皮毛而已榛丢。想了解更多就去把《計(jì)算機(jī)的奧秘》《體系結(jié)構(gòu)》啥的整起來(lái)吧铲球。

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