操作系统–C2 计算机加电后发生了什么
BIOS简介
BIOS 是英文"Basic Input Output System"的缩略词，直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统"。在IBM PC兼容系统上，是一种业界标准的固件接口。 [1] BIOS这个字眼是在1975年第一次由CP/M操作系统中出现。 BIOS是个人电脑启动时加载的第一个软件
BIOS是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序。它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、开机后自检程序和系统自启动程序，它可从CMOS1中读写系统设置的具体信息。 其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。
简单来说就是在主板上，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。
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。
BOIS空间利用
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。
BIOS存在的目的
包括：检测硬件、初始化硬件、分配资源(如IO地址、IRQ号、DMA通道等)以及协助加载操作系统。
BIOS经历的三个阶段
从主机上电到加载bootloader这个过程中，系统BIOS主要经历了三个阶段：Power on ，POST ,加载bootloader .
Power On 阶段 这一阶段从上电开始到屏幕出现信息结束，也就是所谓的激活电源阶段。这一阶段的主要任务是校验CMOS中的内容是否正确、检查主机上某些硬件的状态以确定下一步的自检，因此，用户无法在屏幕上看到BIOS信息(要等硬件确认后才激活VGA) ，若这个阶段出现错误一般都是致命的(通常为黑屏)，只能通过喇叭声来判断错误类型。这个阶段只是检查系统上都有哪些设备，并不初始化。
POST(power on self test)开机自检阶段， 检查一些关键设备如内存、显卡能否正常工作，并提供简易的内存测试，只要测试没问题，就在屏幕上显示该硬件的基本信息。这个阶段的基本过程如下：系统BIOS查找显卡的BIOS，存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常在C0000H处，然后调用其初始化代码，由显卡的BIOS完成显卡的初始化，然后屏幕就可以显示信息了，大多数的显卡会在这时显示显卡的一些信息，但是通常只是一闪而过。依次类推，系统BIOS调用在前一个阶段找到的设备的BIOS代码，以完成相应设备的初始化。查完其它所有设备后，BIOS将显示自己的启动画面，接着检查CPU的类型和工作频率、主机的内存容量，然后系统BIOS开始测试和配置系统中安装的一些标准硬件设备如硬盘、光驱、COM口、并口等，然后BIOS开始检查并配置系统中的即插即用设备。开机时和开机后所有需要用到的设备都是在这个阶段被激活的。
加载bootloader阶段 当所有的硬件都检测完毕并没有问题后，BIOS退居幕后的办法是将加载OS的主控权交给硬盘的主引导扇区MBR即硬盘的物理扇区0柱0面1扇区上的内容，让藏匿于此的开机管理程序(bootloader)将指针带到系统核心的地方。linux常见的开机管理程序为Grub2.全称 Grand Unified Bootloader Version 2。顾名思义，就是搞系统启动的。
综上，系统激活流程为：打开电源开关—CPU初始化—BIOS激活—读取并校验CMOS资料、检测硬件状态(此时BIOS代码在flash memo中运行)—生成SMBIOS表格—检测、配置并初始化各硬件—加载bootloader 。
Bootloader
引导加载程序是系统加电后运行的第一段软件代码，称之为Bootloader。BootLoader是Booter和Loader的合写：前者意味着要初始化嵌入式系统硬件使之运行起来，至少是部分运行起来，与PC机中的BIOS作用相似；后者意味着将嵌入式操作系统映像加载到内存中，并跳转过去运行。如PC机中MBR上的BootLoader（PC机中的引导加载程序由BIOS(其本质就是一段固件程序)和位于硬盘MBR中的OS BootLoader（比如，LILO和GRUB等）一起组成。BIOS在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘MBR中的BootLoader读到系统的RAM中，然后将控制权交给OS BootLoader。BootLoader的主要运行任务就是将内核映象从硬盘上读到 RAM 中，然后跳转到内核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。）
Grub2
开机管理程序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。
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。
使用 grub2-install /dev/sda，可以将启动程序安装到相应的位置。
grub2 第一个要安装的就是 boot.img。它由 boot.S 编译而成，一共 512 字节，正式安装 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 512 个字节实在有限，boot.img 做不了太多的事情。它能做的最重要的一个事情就 是加载 grub2 的另一个镜像 core.img。
core.img 由 lzma_decompress.img、diskboot.img、kernel.img 和一系列的模块组成，功能比较丰 富，能做很多事情。
boot.img 先加载的是 core.img 的第一个扇区。如果从硬盘启动的话，这个扇区里面是 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，先是解压缩程序 lzma_decompress.img，再往下是 kernel.img，最后是 各个模块 module 对应的映像。这里需要注意，它不是 Linux 的内核，而是 grub 的内 核。
lzma_decompress.img 对应的代码是 startup_raw.S，本来 kernel.img 是压缩过的，现 在执行的时候，需要解压缩。
在这之前，我们所有遇到过的程序都非常非常小，完全可以在实模式下运行，但是随着我们 加载的东西越来越大，实模式这 1M 的地址空间实在放不下了，所以在真正的解压缩之 前，lzma_decompress.img 做了一个重要的决定，就是调用 real_to_prot，切换到保护模 式，这样就能在更大的寻址空间里面，加载更多的东西。
从实模式切换到保护模式
系统都有一个安全模式或者是保护模式，切换到保护模式要干很多工作，大部分工作都与内存的访问方式有关。
第一项是启用分段，就是在内存里面建立段描述符表，将寄存器里面的段寄存器变成段选择 子，指向某个段描述符，这样就能实现不同进程的切换了。第二项是启动分页。能够管理的 内存变大了，就需要将内存分成相等大小的块。
切换保护模式的函数 DATA32 call real_to_prot 会打开 Gate A20，也就是第 21 根地址线 的控制线。
接下来我们要对压缩过的 kernel.img 进行解压缩，然后跳转到 kernel.img 开始运行。
kernel.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，这是 grub kernel 的主函数。
在这个函数里面，grub_load_config() 开始解析，我们上面写的那个 grub.conf 文件里的 配置信息。
如果是正常启动，grub_main 最后会调用 grub_command_execute (“normal”, 0, 0)， 最终会调用 grub_normal_execute() 函数。在这个函数里面，grub_show_menu() 会显示 出让你选择的那个操作系统的列表。
当选择启动某个操作系统，就要开始调用 grub_menu_execute_entry() ，开始解析并执行你选择的那一项。
例如里面的 linux16 命令，表示装载指定的内核文件，并传递内核启动参数。于是 grub_cmd_linux() 函数会被调用，它会首先读取 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，进行检查。如果检查通过，则会读取整个 Linux 内核镜像到内 存。
如果配置文件里面还有 initrd 命令，用于为即将启动的内核传递 init ramdisk 路径。于是 grub_cmd_initrd() 函数会被调用，将 initramfs 加载到内存中来。
当这些事情做完之后，grub_command_execute (“boot”, 0, 0) 才开始真正地启动内 核。
- 这是一种RAM，用于存储计算机的一些基本配置信息（如计算机时间等），都是数据. ↩︎
