操作系统存储在磁盘上的位置以及引导加载程序如何定位？

Question

这可能是操作系统特定的我不确定（我在Linux上工作）。当BIOS将引导加载程序带入内存并且CPU开始执行它时，它如何定位操作系统？它是存储在特殊的磁盘分区/知名扇区等吗？如果它存储在文件系统上，则引导加载程序需要与存储在OS中的文件系统代码交互。这个鸡蛋问题怎么解决了？

Answer 1

引导程序分为几个部分。首先，BIOS获取一些匹配非常特殊格式的代码，称为MBR（主引导记录）。记住您的旧计算机：您必须告诉BIOS它将以何种顺序浏览某些设备以搜索该MBR。一旦找到MBR（MBR长度为512字节，以魔数 - 0x55aa结尾），它会将这段代码复制到物理内存中的给定偏移量（x86上的0x7c00），并将指令指针设置为此地址。大多数情况下，MBR包含一个分区表，并将从设备加载一些额外的代码，这将有助于加载实际系统：这称为链式加载或多级加载。

让我们详细说明最后一点。请记住，系统在实时模式下运行，因此您只能访问1MB的物理内存，但另一方面，您可以通过BIOS中断调用以非常简单的方式访问您的HDD。如今，操作系统要求的内存比1MB多得多，并且他们希望将处理器切换到保护模式，以便能够访问完整的地址空间（4GB，至少在32位系统上）。但是，一旦系统处于保护模式，BIOS中断调用就不再可用，并且HDD的输入/输出必须经过复杂的设置通信（如DMA），并且该设置通常不会发生在引导加载程序中。引导加载程序将从实模式切换到保护模式。它从HDD获取一个扇区进入1MB地址空间，然后切换到保护模式，将该扇区复制到4GB地址空间中的某个位置，最后切换回实模式以从另一个扇区获取另一个扇区。硬盘。一旦获取了所有扇区并将其复制到物理内存，引导加载程序就会跳转到操作系统。

总结一下：

1. BIOS查找位于每个设备的第一个扇区上的MBR的设备列表。如果第一扇区的最后一个halword与幻数匹配，则找到MBR。 BIOS将MBR复制到物理内存，然后跳转到它。
2. MBR嵌入了一个分区表，因此它知道它应该将更多代码加载到物理内存的哪个位置（基本上是HDD的哪个柱头扇区）。例如，这一步可能是加载GRUB。
3. 假设在GRUB中，multiboot规范用于定位OS。有关multiboot的更多信息，请查看以下链接。

您可能想看看这些资源：

• http://en.wikipedia.org/wiki/Master_boot_record
• http://en.wikipedia.org/wiki/BIOS_interrupt_call
• http://wiki.osdev.org/Boot_Sequence
• http://duartes.org/gustavo/blog/post/how-computers-boot-up
• http://www.gnu.org/software/grub/manual/multiboot/multiboot.html

Answer 2

BootPrompt HOWTO与您的问题相关。 BIOS包含加载引导磁盘第一个扇区的代码（在FlashROM中）;第一个扇区包含引导加载程序，如GRUB（或LILO）。 GRUB将内核加载到RAM中（带有一些initrd）。

BIOS设置保存在一个小的（电池保存的）特殊RAM中。

今天的GRUB是一个非常复杂的计划。它了解磁盘分区和常见文件系统的结构。它能够读取其配置文件，并从分区中读取内核（在该文件中配置）。它还能够加载initrd（包含必要的内核模块）。

另见OSDEV wiki