从BIOS到bootloader：创业伊始，有活儿老板自己上

上一节我们说，x86 作为一个开放的营商环境，有两种模式，一种模式是实模式，只能寻址 1M，每个段最多 64K。这个太小了，相当于咱们创业的个体户模式。有了项目只能老板自己上，本小利微，万事开头难。另一种是保护模式，对于 32 位系统，能够寻址 4G。这就是大买卖了，老板要雇佣很多人接项目。

LINUX启动流程

先通过一张图来简单了解下整个系统启动的流程，整个过程基本可以分为 POST->BIOS->MBR（GRUB））一>Kernel一>Init一>Runlevel。下面会详细说明每个过程的作用。

BIOS 时期

当你轻轻按下计算机的启动按钮时，你的主板就加上电了。

按照我们之前说的，这时候你的 CPU 应该开始执行指令了。你作为老板，同时也作为员工，要开始干活了。可是你发现，这个时候还没有项目执行计划书，所以你没啥可干的。

也就是说，这个时候没有操作系统，内存也是空的，一穷二白。CPU 该怎么办呢？

你作为这个创业公司的老板，由于原来没开过公司，对于公司的运营当然是一脸懵的。但是我们有一个良好的营商环境，其中的创业指导中心早就考虑到这种情况了。于是，创业指导中心就给了你一套创业公司启动指导手册。你只要按着指导手册来干就行了。

计算机系统也早有计划。在主板上，有一个东西叫 ROM（Read Only Memory，只读存储器）。这和咱们平常说的内存 RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）不同。

咱们平时买的内存条是可读可写的，这样才能保存计算结果。而 ROM 是只读的，上面早就固化了一些初始化的程序，也就是 BIOS（Basic Input and Output System，基本输入输出系统）。

如果你自己安装过操作系统，刚启动的时候，按某个组合键，显示器会弹出一个蓝色的界面。能够调整启动顺序的系统，就是我说的 BIOS，然后我们就可以先执行它。

创业初期，你的办公室肯定很小。假如现在你有 1M 的内存地址空间。这个空间非常有限，你需要好好利用才行。

在 x86 系统中，将 1M 空间最上面的 0xF0000 到 0xFFFFF 这 64K 映射给 ROM，也就是说，到这部分地址访问的时候，会访问 ROM。

当电脑刚加电的时候，会做一些重置的工作，将 CS 设置为 0xFFFF，将 IP 设置为 0x0000，所以第一条指令就会指向 0xFFFF0，正是在 ROM 的范围内。在这里，有一个 JMP 命令会跳到 ROM 中做初始化工作的代码，于是，BIOS 开始进行初始化的工作。

创业指导手册第一条，BIOS 要检查一下系统的硬件是不是都好着呢。

创业指导手册第二条，要有个办事大厅，只不过自己就是办事员。这个时期你能提供的服务很简单，但也会有零星的客户来提要求。

这个时候，要建立一个中断向量表和中断服务程序，因为现在你还要用键盘和鼠标，这些都要通过中断进行的。

这个时期也要给客户输出一些结果，因为需要你自己来，所以你还要充当客户对接人。你做了什么工作，做到了什么程度，都要主动显示给客户，也就是在内存空间映射显存的空间，在显示器上显示一些字符。

最后，政府领进门，创业靠个人。接下来就是你发挥聪明才智的时候了。

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服务器通电后，会直接进入 BIOS，BIOS 全称 Basic Input/Output System，中文可译为基本输入/输出系统。

简单地理解 BIOS，它就是固化在主板上一个 ROM（只读存储器）芯片上的程序，主要保存计算机的基本输入/输出信息、系统设置信息、开机自检程和系统自启动程序，用来为计算机提供最底层和最直接的硬件设置与控制。

也就是说，BIOS 是硬件与软件之间的接口，而且是非常基本的接口，BIOS 提供了一组基本的操作系统使用的指令，系统启动的成功与否，依赖于 BIOS。

BIOS 的初始化主要完成以下 3 项工作：

第一次检查计算机硬件和外围设备（第二次自检由内核完后，后续会讲），例如 CPU、内存、风扇灯。当 BIOS 一启动，就会做一个自我检测的工作，整个自检过程也被称为 POST（Power On Self Test）自检。
如果自检没有问题，BIOS 开始对硬件进行初始化，并规定当前可启动设备的先后顺序，选择由那个设备来开机。
选择好开启设备后，就会从该设备的 MBR（主引导目录）中读取 Boot Loader（启动引导程序）并执行。启动引导程序用于引导操作系统启动，Linux 系统中默认使用的启动引导程序是 GRUB。

当 MBR 被加载到 RAM 之后，BIOS 就会将控制权交给 MBR，进入系统引导的第二阶段。

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BIOS（Basic Input/Output System），基本输入输出系统，该系统存储于主板的ROM芯片上，计算机在开机时，会最先读取该系统，然后会有一个加电自检过程，这个过程其实就是检查CPU和内存，计算机最基本的组成单元（控制器、运算器和存储器）还会检查其他硬件，若没有异常就开始加载BIOS程序到内存当中。

详细的BIOS功能，这边就不说了，BIOS主要的一个功能就是存储了磁盘的启动顺序，BIOS会按照启动顺序去查找第一个磁盘头的MBR信息，并加载和执行MBR中的Bootloader程序，若第一个磁盘不存在MBR，则会继续查找第二个磁盘（PS∶启动顺序可以在BIOS的界面中进行设置），一旦BootLoader程序被检测并加载内存中，BIOS就将控制权交接给了BootLoader程序。

bootloader 时期

政府给的创业指导手册只能保证你把公司成立起来，但是公司如何做大做强，需要你自己有一套经营方法。你可以试着从档案库里面翻翻，看哪里能够找到《企业经营宝典》。通过这个宝典，可以帮你建立一套完整的档案库管理体系，使得任何项目的档案查询都十分方便。

现在，什么线索都没有的 BIOS，做完自己的事情，只能从档案库门卫开始，慢慢打听操作系统的下落。

操作系统在哪儿呢？一般都会在安装在硬盘上，在 BIOS 的界面上。你会看到一个启动盘的选项。启动盘有什么特点呢？它一般在第一个扇区，占 512 字节，而且以 0xAA55 结束。这是一个约定，当满足这个条件的时候，就说明这是一个启动盘，在 512 字节以内会启动相关的代码。

这些代码是谁放在这里的呢？在 Linux 里面有一个工具，叫 Grub2，全称 Grand Unified Bootloader Version 2。顾名思义，就是搞系统启动的。

你可以通过 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 来配置系统启动的选项。你可以看到里面有类似这样的配置。

menuentry 'CentOS Linux (3.10.0-862.el7.x86_64) 7 (Core)' --class centos --class gnu-linux --class gnu --class os --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinux-3.10.0-862.el7.x86_64-advanced-b1aceb95-6b9e-464a-a589-bed66220ebee' {
  load_video
  set gfxpayload=keep
  insmod gzio
  insmod part_msdos
  insmod ext2
  set root='hd0,msdos1'
  if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
    search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint='hd0,msdos1'  b1aceb95-6b9e-464a-a589-bed66220ebee
  else
    search --no-floppy --fs-uuid --set=root b1aceb95-6b9e-464a-a589-bed66220ebee
  fi
  linux16 /boot/vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86_64 root=UUID=b1aceb95-6b9e-464a-a589-bed66220ebee ro console=tty0 console=ttyS0,115200 crashkernel=auto net.ifnames=0 biosdevname=0 rhgb quiet 
  initrd16 /boot/initramfs-3.10.0-862.el7.x86_64.img
}

这里面的选项会在系统启动的时候，成为一个列表，让你选择从哪个系统启动。最终显示出来的结果就是下面这张图。至于上面选项的具体意思，我们后面再说。