操作系统启动顺序bios在哪里寻址机制bootloader结构建立段机制使能保护模式

概述

在这里以x86的处理器为例 机器在启动的时候会执行第一条指令。这条指令会去执行bios，将控制权交给bios。 bios完成硬件的质检，然后将bootloader从硬盘读到内存中，执行bootloader，并将控制权交给bootloader bootloader负责使能保护模式、建立段机制以及加载操作系统，然后将控制权交给操作系统

启动顺序

第一条指令

执行机器的第一条指令是为了跳转到bios执行，那么需要知道bios在哪里？cpu是怎么寻址的？

bios在哪里

bios是固化在内存EPROM中的，断电不会丢失（非易失性），这样biod的地址是固定的，因为在cpu第一次加电了之后，寄存器就会有缺省的初始值，所以bios地址=寻址寄存器的缺省值就好啦。 寻址是由段寄存器以及指令指针共同完成，bios地址由CS:IP=16*CS+IP(代码段寄存器:指令指针)来表示。 CS的缺省值是FFFF0000H，IP的缺省值是0000FFF0H。 CS:IP=FFFFFFF0H

寻址机制

寻址是由段寄存器以及指令指针共同完成。因为内存很大，而且在一段时间内操作的内存具有空间局部性，所以可以将内存分为一段一段由段寄存器来定位，这一段的内存中再由指令指针来定位到具体的代码、数据 段寄存器：

• CS——code segment，代码段寄存器
• DS——data segment，数据段寄存器
• ES——extra segment，附加段寄存器
• SS——stack segment，堆栈寄存器

指令寄存器IP(instruction pointer)，即是我们熟悉的程序计数器PC。 一个地址由段寄存器:指令指针=16*段寄存器+指令指针来表示 由于在这一阶段，机器还是处于实模式，实模式是20位寻址，所以单单只用段寄存器(16位)是不够的。 因为实模式只有20位寻址，所以最大可调用的空间只有1M

bios

bios是负责做硬件自检并初始化以及将bootloader加载到内存中 要保证硬盘、内存...在后续工作中不会出错。 然后将bootloader加载到内存中的0x7c00，然后跳转到0x7c00执行。

bootloader

bootloader要完成使能保护模式（实模式——>保护模式）、建立段机制以及加载操作系统

bootloader结构

bootloader在硬盘中的第一个扇区也叫主引导扇区，一个扇区是512字节，所以bootloader也是512字节。 其中有400+个字节是启动代码，负责完成bootloader需要完成的工作，剩下的字节是记录硬盘分区表。

bootloader结构

建立段机制

当没有段机制，CS:IP得到的是真实的物理地址，段机制就是为了更加灵活的分段。 段机制就是中间做了一层映射，CS先定位到GDT(全局描述表)相应的段描述符，再从段描述符中找到段的起始地址，与IP组成物理地址。

使能保护模式

将CR0寄存器(control 0 register控制寄存器)，的第0位设为1，这样就开启了保护模式