操作系统——开机

一、操作系统定义

• 管理计算机硬件的程序
• 计算机硬件和应用软件之间的一层软件
• 提供接口给上层应用软件，使应用软件使用计算机硬件

•  操作系统管理：CPU管理、内存管理、终端管理、磁盘管理、文件管理
• 计算机：冯·诺依曼存储程序思想

• 程序放入内存（存储器）中
• 指针 PC/IP 指向程序地址
•  取指、执行...取指、执行（计算机运行本质）

二、计算机开机过程（x86结构）：

1.bootsect.s（汇编语言）

选择汇编语言的原因：

汇编语言每一条指令都能完整、绝对控制变成机器指令，即不会产生无法预知的错误

• CPU刚开机时处于实模式（实模式下寻址方式：CS左移4位+IP：CS<<4+IP）
• 开机时，CS = 0xFFFF，IP = 0x0000（硬件自动设置）
• 寻址：CS：IP = 0xFFFF：0x0000 = 0xFFFF0 （ROM BIOS映射区：固化在内存中，BIOS 程序存放在断电后内容不会丢失的只读内存中）
• 硬件检查：RAM、键盘、磁盘、显示器...
• BIOS映射区将启动盘分批分段读入内存

• 将磁盘0磁道、0扇区（引导扇区：bootsect扇区）读入 0x7c00 处
• PC = CS：IP = 0x07c0：0x0000 = 0x7c00，即执行bootsect
• bootsect.s首先将程序从0x7c00处移到0x90000处（PC=CS:IP=0x9000:0x0000=0x90000）
• 执行13号中断（int 0x13），将bootsect后4个扇区setup加载到内存中（setup的起始地址为0x90200）

• 读入setup扇区后，执行13号中断加载system模块（OS代码）到内存、10号中断加载logo
• system模块加载完毕后，跳转到setup扇区起始地址，执行setup.s程序（控制权交给setup.s）

bootsect.s的作用：

• 将bootsect.s程序移到0x90000处
• 加载setup扇区到内存
• 显示开机logo（人机交互）
• PC跳转到setup扇区所在内存（0x90200处），控制权交给setup.s

2.setup.s

• setup.s通过 int 0x15 获取硬件参数，如物理内存大小
• 获取内存大小放入ax中，ax赋值给 [2]（间接寻址）

内存地址	长度	名称
0x90000	2	光标位置
0x90002	2	内存大小
0x9000C	2	显卡参数
0x901FC	2	根设备号

•  setup.s将 CS(DS):IP(SI) = 0x9000:0x0000 = 0x90000位置的代码，即OS（system模块）移动到0地址（OS代码一直停留在此处）

为什么要将bootsect.s从0x7C00移动到0x90000？

• 防止OS代码过长，setup.s移动OS代码到0地址处时，可能破快0x7C00处的bootsect.s代码，所以要移动到0x90000处 

• setup.s在最后执行 jmpi 0,8，即进入OS（0地址处）

 保护模式：CS变为执行GDT表（地址变为32位），不再左移4位，变为选择子（即GDT表的索引）；GDT表中为8的索引存放地址+IP =内存（0x0000）

• setup初始化部分GDT表 （寻址方式以字节（8位）为单位，8个字节1个内存）
• setup初始化GDT表 ----> 进入保护模式 ---->执行jumpi 0,8（寻址变为32位）

setup工作总结：

• 读取硬件参数（内存、光标......）
• OS代码移动到0地址处（一直在此处，直到关机）
• 进入保护模式（PE = 1）
• 运用高级指令（32位寻址），跳转到0地址处执行system模块

O通过 makefile 控制代码执行顺序，即加你个OS代码变为镜像

 3.system模块（OS代码）：

• system模块第一个为head.s（head.s为32位汇编代码、bootsect.s和setup.s为16位编码），其次为main.c
• head.s ---->main.c（通过栈实现函数跳转）
• head.s用来初始化GDT表
• os的main.c主要进行各种硬件初始化

 4.系统启动过程总结：

• BIOS找到bootsect.s读入、执行...
• bootsect.s：
  • 加载setup.s到内存
  • 显示logo
  • 加载system模块
  • 控制权交给setup.s
• setup.s：
  • 获取硬件信息
  • 将system模块移到0地址处
  • 初始化部分GDT表，进入保护模式（变为32位寻址方式）
  • 控制权交给system模块head.s
• system模块：
  • head.s
    • 初始化GDT表
    • 初始化IDT表
    • 跳转到main.c
  • main.c（一直执行，永不返回）：
    • 初始化各种硬件参数 

启动盘：读入内存，初始化关键数据化结构！！！