操作系统的启动过程可以分为以下几个步骤:
- BIOS自检
计算机开机后,首先由基本输入输出系统(BIOS)自检硬件,这是操作系统启动的第一步。BIOS会默认从PC固定的启动设备(通常为硬盘)中查找第一个可引导的位置。
- 引导加载程序
BIOS查找到可启动的设备之后,就会将控制权转移到设备的MBR(主引导记录)。MBR内记录着引导加载程序(boot loader)的信息。引导加载程序会读取操作系统的核心文件(比如Linux内核或Windows的ntoskrnl.exe)并将其加载到内存中。
下面是一个简单的引导加载程序代码示例:
; 引导加载程序代码
[ORG 0x7c00]
mov bx, 0x8000 ; 将操作系统加载到内存地址0x8000处
mov es, bx
mov bx, 0 ; 将文件开始加载到内存地址0x80000处
mov ah, 0x02 ; 读取硬盘
mov al, 1 ; 读取扇区的数量
mov dl, 0x80 ; 设置启动设备
int 0x13 ; BIOS中断,读取硬盘扇区
jmp 0x8000:0x0000 ; 跳转到操作系统代码的入口
TIMES 510-($-$$) db 0 ; 填充0保证代码大小为510字节
DW 0xaa55 ; 指定512字节的MBR结束标志
- 加载操作系统内核
引导加载程序会读取操作系统的核心文件,将其加载到内存中,并解压缩。这个过程需要对内存和文件系统进行管理。
操作系统通常会通过文件系统来定位核心文件,这需要操作系统内核本身就包含有文件系统驱动程序。不同操作系统的实现方式不同,Linux内核会先加载ramdisk作为根文件系统,然后再挂载真实的根文件系统。Windows内核则会直接加载硬盘上的根文件系统。
下面是一个简单的Linux内核启动脚本代码示例,其中包含了内核的加载和解压过程:
#!/bin/sh
# 自查操作系统为Ext4文件系统,BootLoader为Grub
EXT4_FILESYSTEM=/dev/sda1
GRUB=/boot/grub/grub.cfg
# 挂载根文件系统
mkdir /mnt/root
mount -t ext4 $EXT4_FILESYSTEM /mnt/root
# 挂载boot分区
mkdir /mnt/root/boot
mount -t ext2 /dev/sda2 /mnt/root/boot
# 寻找内核文件和ramdisk文件
KERNEL=$(find /mnt/root/boot -name "vmlinuz-*" | sort | tail -n 1)
INITRD=$(find /mnt/root/boot -name "initrd.img-*" | sort | tail -n 1)
# 解压缩ramdisk文件
mkdir /mnt/ramdisk
cd /mnt/ramdisk
gunzip -c $INITRD | cpio -i
# 启动内核
exec /sbin/init
- 启动初始化进程
操作系统内核加载完成之后,就会启动初始化进程。初始化进程是系统启动时运行的第一个进程,主要是负责初始化系统环境、启动系统服务等。
初始化进程的实现方式也不同,比较常见的有SysV init、Upstart和Systemd等。下面是一个简单的SysV init脚本代码示例:
#!/bin/sh
# 调用inittab配置定义的运行级别
exec /sbin/init -t5
以上是操作系统的启动过程和实现代码的简单介绍。
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