01-启动PC

开机最先执行的代码是在计算机的固件中存储的，通常位于BIOS（基本输入/输出系统）或UEFI（统一可扩展固件接口）中。当计算机上电时，CPU从一个预定义的内存地址开始执行。这个地址通常指向固件（BIOS/UEFI）中的一个位置，这里包含了执行硬件初始化和启动引导程序所需的指令。

BIOS或UEFI的第一个任务是执行加电自检（Power-On Self-Test，POST），以检查计算机硬件的基本功能和完整性。然后，BIOS或UEFI将继续识别和初始化硬件设备，如CPU、内存、显卡、磁盘驱动器等。

完成硬件初始化后，BIOS/UEFI会从可启动设备（如硬盘、U盘、光盘等）中搜索引导加载程序。找到引导加载程序后，执行权将交给引导加载程序（如GRUB、GRUB2或Windows Boot Manager），开始加载操作系统。

graph TD
    A[POST] --> B[BIOS Initialization]
    B --> C[Search and Load Bootloader]
    C --> D[Bootloader: GRUB, GRUB2, Windows Boot Manager]
    D --> E[Load OS Kernel]
    E --> F[Initialize OS]
    F --> G[Launch User Space Processes]

1. 加电自检（Power-On Self-Test, POST）

• 当计算机上电后，BIOS（基本输入/输出系统）会执行POST，以检查计算机硬件的基本功能和完整性。

1. BIOS初始化

• BIOS会初始化和识别计算机上的硬件设备，如CPU、内存、显卡、磁盘驱动器等。

1. 寻找并加载引导加载程序

• BIOS会按照预定的顺序，从可启动设备（如硬盘、U盘、光盘等）中寻找引导加载程序。这些设备的主引导记录（MBR）或者UEFI分区通常包含引导加载程序。

1. 引导加载程序（如GRUB、GRUB2或Windows Boot Manager）

• 引导加载程序负责加载操作系统内核。它可能会显示一个菜单，让用户选择要加载哪个操作系统（如果有多个操作系统可供选择）。

1. 加载操作系统内核

• 引导加载程序将内核映像加载到内存中，并将执行权交给内核。这个过程可能涉及解压缩内核映像、设置内存分页等。

1. 初始化操作系统

• 操作系统内核开始运行，初始化各种内核数据结构、设备驱动程序和系统服务。最后，它会启动用户空间进程，如init（Linux）或smss.exe（Windows）。

1. 启动用户空间进程

• 操作系统将继续启动其他用户空间进程，如登录管理器、桌面环境等，为用户提供可交互的图形界面或命令行界面。

加载引导程序

x86 CPU的大多数寄存器在开机后都有明确的值。指令指针（EIP）寄存器持有处理器正在执行的指令的内存地址。EIP被硬编码为0xFFFFFFF0的值。因此，x86 CPU被硬编码为在物理地址0xFFFFFFF0开始执行。事实上，它是32位地址空间的最后16个字节。这个内存地址被称为reset vector 复位向量。

指令指针是什么？0xFFFFFFF0又是什么？为什么不是别的地址？指令指针（EIP）寄存器保存着处理器正在执行的指令的内存地址。0xFFFFFFF0是x86 CPU被硬连线以在物理地址处开始执行的地址。这个地址被称为复位向量，它是32位地址空间的最后16个字节。至于为什么选择这个特定的地址，这是由x86架构决定的。

芯片组的内存映射确保 0xFFFFFFF0 被映射到 BIOS 的某个部分，而不是 RAM。这是为了在计算机启动时能够执行BIOS代码

同时，BIOS将自己从ROM复制到RAM中，以加快访问速度。这就是所谓的shadowing。地址 0xFFFFFFF0 将只包含一条跳转指令，跳转到 BIOS 复制自身的内存中的地址。

这样，BIOS 代码开始执行。BIOS 首先在配置的启动设备顺序中搜索一个可启动的设备。它检查某个神奇的数字以确定该设备是否可启动。(第一个扇区的511和512字节是否为0xAA55)

一旦 BIOS 找到一个可启动的设备，它就把设备的第一个扇区的内容从物理地址0x7c00 开始复制到 RAM 中；然后跳到这个地址，执行刚刚加载的代码。这段代码被称为引导程序。

然后引导程序在物理地址0x100000处加载内核。0x100000地址被用作x86机器上所有大内核的起始地址。

所有的x86处理器都是以一种简单的16位模式开始的，称为实模式。GRUB引导程序通过将CR0寄存器的最低位设置为1来切换到32位保护模式，因此内核以32位保护模式加载。

请注意，在Linux内核的情况下，GRUB检测到Linux启动协议，并以真实模式加载Linux内核。Linux内核自己会切换到保护模式。