Linux — 启动过程
2011 年 1 月 11 日
- 主板上有ROM，是 只读 的，上面固化了BIOS程序
- ROM：Read Only Memory
- RAM：Read Access Memory
- BIOS：Basic Input and Output System
1M寻址空间
- 在x86系统，将1M的 内存空间 最上面的
0xF0000~0xFFFFF这 64K 空间映射给ROM - 电脑在刚启动时，会做一些重置的工作，将CPU的CS设置为
0xFFFF，将CPU的IP设置为0x0000- 因此，第一条指令将指向
0xFFFF0（0xFFFF << 4 + 0x0000），在ROM的范围内 - 在这里，有一个 JMP 命令（约定）会跳到ROM中执行初始化工作的代码，接着BIOS开始进行 初始化 的工作
- BIOS检查一下 系统硬件 是否都正常
- 建立一个 中断向量表 和 中断服务程序 ，因为要使用键盘和鼠标，这些都是要通过中断来进行的
- 在内存空间映射显存的空间，在显示器上显示一些字符
- 因此，第一条指令将指向
bootloader
- BIOS在做完自己的事情后，便开始打听操作系统的下落
- 操作系统一般会安装在磁盘上，在BIOS界面，有一个选择 启动盘 的选项
- 启动盘的特点：一般在 第一个扇区 （512字节），以
0xAA55结束 - 这是一个 约定 ，当满足这个条件时，说明这是一个启动盘，在512字节以内会 启动 相关的代码
- 启动盘的特点：一般在 第一个扇区 （512字节），以
Grub
Grub： Grand Unified Bootloader Version 2
启动列表
$ cat /boot/grub2/grub.cfg
### BEGIN /etc/grub.d/10_linux ###
menuentry 'CentOS Linux (3.10.0-957.el7.x86_64) 7 (Core)' --class centos --class gnu-linux --class gnu --class os --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinux-3.10.0-957.el7.x86_64-advanced-d29269ec-9932-4955-9c91-22cf19b96f1b' {
load_video
set gfxpayload=keep
insmod gzio
insmod part_msdos
insmod xfs
set root='hd0,msdos1'
if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd0,msdos1 --hint-efi=hd0,msdos1 --hint-baremetal=ahci0,msdos1 --hint='hd0,msdos1' 426233b2-066b-4537-b029-5abf3aca8a06
else
search --no-floppy --fs-uuid --set=root 426233b2-066b-4537-b029-5abf3aca8a06
fi
linux16 /vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64 root=/dev/mapper/centos-root ro crashkernel=auto rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet
initrd16 /initramfs-3.10.0-957.el7.x86_64.img
}
menuentry 'CentOS Linux (0-rescue-b73c751c3f7145f995aa2c110745e89b) 7 (Core)' --class centos --class gnu-linux --class gnu --class os --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinux-0-rescue-b73c751c3f7145f995aa2c110745e89b-advanced-d29269ec-9932-4955-9c91-22cf19b96f1b' {
load_video
insmod gzio
insmod part_msdos
insmod xfs
set root='hd0,msdos1'
if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd0,msdos1 --hint-efi=hd0,msdos1 --hint-baremetal=ahci0,msdos1 --hint='hd0,msdos1' 426233b2-066b-4537-b029-5abf3aca8a06
else
search --no-floppy --fs-uuid --set=root 426233b2-066b-4537-b029-5abf3aca8a06
fi
linux16 /vmlinuz-0-rescue-b73c751c3f7145f995aa2c110745e89b root=/dev/mapper/centos-root ro crashkernel=auto rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet
initrd16 /initramfs-0-rescue-b73c751c3f7145f995aa2c110745e89b.img
}
if [ "x$default" = 'CentOS Linux (3.10.0-957.el7.x86_64) 7 (Core)' ]; then default='Advanced options for CentOS Linux>CentOS Linux (3.10.0-957.el7.x86_64) 7 (Core)'; fi;
### END /etc/grub.d/10_linux ###
grub2-mkconfig
$ grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg Generating grub configuration file ... Found linux image: /boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64 Found initrd image: /boot/initramfs-3.10.0-957.el7.x86_64.img Found linux image: /boot/vmlinuz-0-rescue-b73c751c3f7145f995aa2c110745e89b Found initrd image: /boot/initramfs-0-rescue-b73c751c3f7145f995aa2c110745e89b.img done
grub2-install
# 将启动程序安装到相应的位置 $ grub2-install /dev/sdb Installing for i386-pc platform. Installation finished. No error reported.
imgs
$ ll /boot/grub2/i386-pc/*.img -rw-r--r--. 1 root root 512 4月 11 22:16 /boot/grub2/i386-pc/boot.img -rw-r--r--. 1 root root 27810 4月 11 22:16 /boot/grub2/i386-pc/core.img ll /usr/lib/grub/i386-pc/*img -rw-r--r--. 1 root root 512 11月 8 19:58 /usr/lib/grub/i386-pc/boot_hybrid.img -rw-r--r--. 1 root root 512 11月 8 19:58 /usr/lib/grub/i386-pc/boot.img -rw-r--r--. 1 root root 2048 11月 8 19:58 /usr/lib/grub/i386-pc/cdboot.img -rw-r--r--. 1 root root 512 11月 8 19:58 /usr/lib/grub/i386-pc/diskboot.img -rw-r--r--. 1 root root 28120 11月 8 19:58 /usr/lib/grub/i386-pc/kernel.img -rw-r--r--. 1 root root 1024 11月 8 19:58 /usr/lib/grub/i386-pc/lnxboot.img -rw-r--r--. 1 root root 2896 11月 8 19:58 /usr/lib/grub/i386-pc/lzma_decompress.img -rw-r--r--. 1 root root 1024 11月 8 19:58 /usr/lib/grub/i386-pc/pxeboot.img
boot.img
- grub2第一个要安装的是boot.img，它由boot.S编译而成，一共 512 字节，被安装到 启动盘的第一个扇区
- 这个扇区通常称为 MBR （Master Boot Record， 主引导记录/扇区 ）
- BIOS完成任务后，会将boot.img从硬盘加载到内存中的
0x7c00来运行 - 由于boot.img只有512字节，因此能做的事情非常有限，它能做的最重要的一件事情是加载grub2的另一个镜像 core.img
core.img
- core.img由 diskboot.img、lzma_decompress.img、kernel.img （Grub内核）和一系列模块组成
- boot.img先加载core.img的 第一个扇区 ，如果从硬盘启动，这个扇区里面的是diskboot.img，对应的代码是diskboot.S
- boot.img将 控制权 交给diskboot.img后，diskboot.img的任务就是将 core.img的其他部分 加载进来
- 先加载lzma_decompress.img，再加载kernel.img（Grub内核），最后是各个module对应的img
- lzma_decompress.img对应的代码是startup_raw.S，kernel.img是压缩过的，因此在执行之前，需要先 解压缩
- 在这之前，所有遇到过的程序都非常小，完全可以在 实模式 下运行
- 但随着加载的东西越来越大，实模式的1M地址空间最终会放不下了
- 所以在 真正的解压缩之前 ，lzma_decompress.img会调用 real_to_prot ，切换到 保护模式
- 这样就能使用更大的寻址空间，加载更大的内容
实模式 -> 保护模式
切换到 保护模式 需要执行很多工作，大部分工作都与 内存的访问方式 有关
分段 + 分页
- 启动分段 ：在内存里建立 段描述符 ，将 段寄存器 变成 段选择子 ，指向 段描述符 ，这样就能实现 不同进程的切换
- 启动分页 ：能够管理的内存变大了，就需要将内存分成 相等大小的块
real_to_prot
- 在 实模式 下，一共有20根地址线，可以访问1M的地址空间
- 在 保护模式 下，第21根就要起作用了，需要打开Gate A20，即第21根地址线的 控制线
- 函数：
DATA32 call real_to_prot（startup_raw.S） - 此时此刻，有的是空间，接下来需要对压缩过的kernel.img进行 解压缩 ，然后跳转到kernal.img开始执行
kernal.img
- kernal.img对应的代码是startup.S以及一堆c文件，在startup.S中会调用grub_main函数
- 在grub_main函数中，首先从
grub_load_config ()开始解析grub.conf - 如果能够正常启动，grub_main函数会调用
grub_command_execute("normal", 0, 0) - 最终会调用
grub_normal_execute()函数- 在这个函数里，
grub_show_menu()会列出可选择的操作系统列表
- 在这个函数里，
- 在grub_main函数中，首先从
- 选择了一项，就要开始启动某个操作系统，调用
grub_menu_execute_entry()-
linux16命令- 装载指定的内核文件 ， 传递内核启动参数 ，调用
grub_cmd_linux函数 - 首先读取 Linux内核镜像头部 的一些数据结构，放到内存中的数据结构来检查
- 如果检测通过，就会读取 整个Linux内核镜像 到内存
- 装载指定的内核文件 ， 传递内核启动参数 ，调用
-
initrd命令- 用于为即将启动的内核传递
init ramdisk路径 - 调用
grub_cmd_initrd函数，将initramfs加载到内存中
- 用于为即将启动的内核传递
- 最后，调用
grub_command_execute("boot",0,0)函数，这才开始 真正地启动内核
-
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bjmayor
程序员，码农，php,python,ios,android,go，产品经理，创业。