2023年11月25日发(作者：)
计算机的启动过程（详细）
零、boot的含义
先问⼀个问题，”启动”⽤英语怎么说？
1. （1） 第1-446字节：调⽤操作系统的机器码。
2. （2） 第447-510字节：分区表（Partition table）。
3. （3） 第511-512字节：主引导记录签名（0x55和0xAA）。
其中，第⼆部分”分区表”的作⽤，是将硬盘分成若⼲个区。
2.2 分区表
硬盘分区有很多好处。考虑到每个区可以安装不同的操作系统，”主引导记录”因此必须知道将控制权转交给哪个区。
分区表的长度只有64个字节，⾥⾯⼜分成四项，每项16个字节。所以，⼀个硬盘最多只能分四个⼀级分区，⼜叫做”主分区”。
每个主分区的16个字节，由6个部分组成：
1. （1） 第1个字节：如果为0x80，就表⽰该主分区是激活分区，控制权要转交给这个分区。四个主分区⾥⾯只能有⼀个是激活的。
2. （2） 第2-4个字节：主分区第⼀个扇区的物理位置（柱⾯、磁头、扇区号等等）。
3. （3） 第5个字节：主分区类型。
4. （4） 第6-8个字节：主分区最后⼀个扇区的物理位置。
5. （5） 第9-12字节：该主分区第⼀个扇区的逻辑地址。
6. （6） 第13-16字节：主分区的扇区总数。
最后的四个字节（”主分区的扇区总数”），决定了这个主分区的长度。也就是说，⼀个主分区的扇区总数最多不超过2的32次⽅。
如果每个扇区为512个字节，就意味着单个分区最⼤不超过2TB。再考虑到扇区的逻辑地址也是32位，所以单个硬盘可利⽤的空间最⼤也
不超过2TB。如果想使⽤更⼤的硬盘，只有2个⽅法：⼀是提⾼每个扇区的字节数，⼆是增加扇区总数。
三、第三阶段：硬盘启动
这时，计算机的控制权就要转交给硬盘的某个分区了，这⾥⼜分成三种情况。
3.1 情况A：卷引导记录
3.3 情况C：启动管理器
h) 到这⼀步为⽌，所有硬件都已经检测配置完毕了，多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上⽅显⽰出⼀个表格，其中概略地列出了系统中安
装的各种标准硬件设备，以及它们使⽤的资源和⼀些相关⼯作参数。
i) 接下来系统BIOS将更新ESCD(Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据)。ESCD是系统BIOS⽤来与操作系统交换
在start过程将控制权转交后，接下来就是GRUB的核⼼过程了。该过程之所以区分stage1.5和stage2，主要原因是GRUB和GRUB2的区
别。在GRUB2中，将stage1.5过程集成到了stage2的过程中，所以stage1.5过程仅仅是针对GRUB的。下⾯将会分别介绍两种GRUB版
本的两种过程。
4.1 GRUB中stage1.5过程
Stage1.5过程很⽆辜，它的作⽤很单⼀，但是⾮常关键。它的主要功⽤就是构造⼀个boot分区系统对应的⽂件系统，这样可以通过⽂件系
统的路径（/boot/grub/）寻找stage2过程需要的，进⽽加载到内存中开始执⾏。
Stage1.5存在于0⾯0道3扇区开始的地⽅，并⼀直延续⼗⼏k字节的区域，具体的⼤⼩与相应的⽂件系统的⼤⼩有关（⽂中涉及到了0⾯0
道1-3+x扇区，这部分扇区为保留扇区，BIOS不会放置任何数据。正因为如此如果转换到GPT分区形式，系统将不能被正确引导，如上⽂
所⽰，MBR后⾯的扇区都被其他内容所占据）。Stage1.5过程被构建成多种不同类型，但是功能类似，下⾯简单介绍⼀下基本的stage1.5
过程的⽂件系统。e2fs_stage1_5（针对ext2fs，可引导ext2和ext3⽂件系统）、fat_stage1_5（针对fat⽂件系统，可引导fat32和
fat16）、ffs_stage1_5、jfs_stage1_5、minix_stage1_5、reiserfs_stage1_5、vstafs_stage1_5和xfs_stage1_5，这些⽂件被称
为stage1.5过程，这些⽂件每个⾄少都在11k以上。除此之外还有两个⽐较特殊的⽂件，分别为nbgrub和pxegrub，这两个⽂件主要是在
⽹络引导时使⽤，只是格式不同⽽已，他们很类似与stage2，只是需要建⽴⽹络来获取配置⽂件。
由于stage1.5过程中会涉及到多个⽂件系统对应的⽂件，因此本⽂中主要以ext2fs为例进⾏说明，其他⽂件系统与此类似，可以同样进⾏
在上⾯⼀节中介绍过，stage1.5过程中将boot分区的⽂件系统加载了，之后⼜做了⼀件事情，就是将控制权转交给stage2，⽽stage2⼊
⼝的地⽅就是stage2/asm.S⽂件。Stage2/asm.S⽂件属于汇编代码，主要作⽤是初始化C语⾔的运⾏环境，为下⾯执⾏C语⾔的函数做好准
备，在准备好之后，将执⾏init_bios_info(stage2/common.c)函数。init_bios_info函数的作⽤是执⾏⼀些底层的函数，然后跳转到cmain
执⾏，cmain函数位于stage2/stage2.c⽂件中。cmain函数内部进⾏⼀个死循环，在循环内部⾸先加载配置⽂件，显⽰给⽤户，在这同时循
环⼀个内层循环，在内层循环中，获取配置⽂件中的命令，并解析执⾏。过程中如果没有可⽤的配置⽂件，那么进⼊命令⾏模式
（enter_cmdline函数），如果找到可⽤的menu，那么开始执⾏menu的对应的内容（run_menu函数）。
对于enter_cmdline（stage2/stage2.c）函数，将调⽤find_command（stage2/cmdline.c），进⽽执⾏相应命令的函数。
对于run_menu（stage2/stage2.c）函数，将调⽤stage2/cmdline.c⽂件中的run_script函数，进⽽调⽤find_command，执⾏相应命令的
函数。
这两种⽅式虽然经过了不同的过程，对⽤户输⼊的⾏为进⾏分析和处理，最终调⽤的函数为find_command，在该函数中顺序循环⽐
较“输⼊”的命令是否与系统内部定义的相同，如果相同转到执⾏该函数。在这个⽐较的过程中包含了⼀个全局的数据结构为struct
builtin（stage2/shared.h），由该数据结构组成了⼀个table类型（stage2/builtins.c），将命令与相对应的builtin结构对应⼀起并进⾏串
联。下⾯描述⼀下builtin结构的定义：
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1. struct builtin {
2. /* 命令名称，重要，是搜索命令时的依据*/
3. char *name;
4. /* 命令函数，重要，是搜索匹配后调⽤的函数*/
5. int (*func) (char *, int);
6. /* 功能标⽰，⼀般未⽤到. */
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