Linux原理与结构 作者 郭玉东 全书 第3章.pptVIP

　　与其它所有软件一样，Linux内核也是从入口点开始执行的。Linux内核的入口点程序又称为初始化程序，其任务是为Linux操作系统的运行做好必要的准备，如将内核映像在物理内存的适当位置展开、获取计算机各组成部分的配置参数、建立各种管理用的数据结构、启动各类守护进程、建立人机交互环境等。　　然而，Linux内核是一个驻留在外存(如硬盘、光盘等)中的程序，在运行之前必须先将其读入物理内存。将Linux内核由外存读入内存的工作称为引导，完成引导工作的程序称为引导程序。 引导程序也是驻留在外存的程序，在运行之前需要先将其读入物理内存。将引导程序读入内存的工作由BIOS(Basic Input Output System)完成。BIOS驻留在非易失性内存(如Rom、Flash Memory)中，不需要再被引导。 　　引导程序在将Linux内核读入物理内存之后，将控制权交给内核头部的实模式初始化程序。实模式初始化程序先完成实模式状态下的初始化工作，再将处理器切换到保护模式，而后转入解压缩程序。解压缩程序将内核映像解压到物理内存的预定位置，而后将处理器的控制权交给内核的首部程序。内核首部程序完成内核的正式初始化，引领内核进入正常工作状态。　　引导与初始化过程是操作系统中各种管理制度的创建过程，是运行环境的建立过程，是理解操作系统的关键，也是分析操作系统的切入点。 　　　　当计算机被加电或Reset时，Intel处理器和系统芯片组会完成一系列内建的自检和初始化工作，如将处理器的操作模式设为实模式并关闭其分页机制，将CS中的选择符设为0xF000、基地址设为0xFFFF0000，将EIP的初值设为0x0000FFF0等。 硬件初始化完成之后，处理器开始执行指令，第一条指令的地址由CS和EIP决定，为0xFFFFFFF0。根据芯片组的初始约定，地址0xFFFFFFF0位于一块Flash Memory中，是BIOS的入口。因此，系统开机以后，处理器最先执行的是BIOS程序。　　BIOS检测整个计算机系统，收集系统的基本配置信息并将其记录在内存的BIOS 数据区中(如在物理内存最低4 KB处的基本数据、ACPI描述表、MP表等)；而后根据系统的软硬件配置信息，选择引导设备(如硬盘、光盘、U盘等)， 并将其第一扇区中的内容读入到物理内存的0x7C00处；最后跳转到0x7C00，开始执行第一扇区上的程序。由于BIOS只能读入一个扇区的内容，因而它无法担负起引导操作系统的重任。　　引导设备的第一扇区可能是硬盘的主引导记录MBR(Master Boot Record)，也可能是引导程序(如GRUB)的首部。MBR会检查硬盘的分区表，找到活动分区，而后读入活动分区的第一扇区(Boot Sector)，再由该扇区上的程序读入活动分区上的引导程序；引导程序首部会将自己的剩余部分读入内存。 总之，由于系统配置的不同，引导程序的读入过程会有所不同，但从BIOS读入的第一扇区开始，肯定能够将完整的引导程序读入到物理内存。 　　引导程序的核心工作是将Linux内核从外存读入到内存，并将其摆放在内存的适当位置。被编译、连接后的Linux内核是一个大的可执行文件，由三部分组成：　　(1) 主体部分是将要在保护模式或64位模式中运行的内核映像，已被压缩。　　(2) 在压缩的内核映像之前有一段解压缩程序，用于解压内核映像。　　(3) 文件头部是一段实模式初始化程序，用于将处理器切换到保护模式。 　　由于处理器最初运行在实模式中，能够直接访问的内存空间只有1 MB，因而引导程序必须将内核的实模式初始化程序放在基本内存(低640 KB)中，但却应将内核映像放置在1 MB以上的位置。　　为了缩减内核规模，增加系统的灵活性和适应性，Linux通常将其内核分成基本部分和扩展部分。基本内核实现Linux内核中最基本的管理功能，不随计算机配置的变化而变化；扩展内核则由一些独立的内核模块(如设备驱动程序、文件系统等)组成， 用于扩展基本内核的功能，会随着计算机配置的不同而变化。扩展内核及初始工具软件被组织在独立的initrd或Ramdisk映像文件中，需要引导程序将其一并读入内存。　　另外，在引导期间，引导程序还应能与用户交互，接受用户提供的命令行参数(如显示模式、内存大小、initrd文件名等)并将它们传递给内核，以指导内核的初始化。　　早期的Linux自己实现引导程序，如Bootsect。目前的Linux使用独立的第三方引导程序，如GRUB。为了完成引导过程中的复杂交互，Linux专门定义了一个引导协议。 引导程序根据引导协议的要求将内核映像摆放在内存中的指定位置，并向内核传递必要的信息；Linux内核根据引导协议和引导程序传递过来的信息，确定内核各部分在内