FreeBSD系统编程(2)

第二章  自举BSD
翻译(meilincore@chinaunix)
2.1 自举BSD
自举:在很少或者没有协助的情况下主动,努力的提升和发展(把她自己自举到顶点)
Bootstrap : to promote or develop by initiative and effort with little or no assistance  www.m-w.com
自举计算机是指加载操作系统的过程,该过程为:初始化硬件,读取一小部分代码到内存并执行.这一点代码接着加载一个大的操作系统.一旦操作系统被加载,它就需要创建自己的整个环境.这个过程,称做自举计算机,是一个复杂的,高度平台相关的过程.
本章我们将从细节上探索FreeBSD在i386平台上的自举过程.相关的概念和过程与NetBSD和OpenBSD在i386平台上的自举程序相类似.注意一些汇编代码对于从实际上完成i386基本系统的启动任务是必须的.然而,我们不会从细节上回顾汇编代码而是主要集中在高层概念上,因此就算你不是专家讨论也是有意义的.
注意:虽然本章中讨论的一些概念,特别是"实模式"和"保护模式",并不存在与现代象PPC或Alpha这些硬件构架当中.但是i386 BSD基本系统是目前为止最为广泛的系统并会继续如此(一个值得注意的例外是Mac OS X),而且适应很多情况.如果你对启动系统细节有兴趣,你可能需要自定义内核,自定义文件系统,设备驱动.同时.i386构架还广泛应用与嵌入式系统.给定一个安装平台(Given the install base),i386平台及其成果将继续在未来一些年里适用.甚至新的64位CPU到目前我们所知道的为止还是一样的启动过程.
2.2 FreeBSD的自举过程
FreeBSD使用一种三段启动过程,当你打开计算机电源或者重新启动.一旦BIOS完成系统检测.它将从DISK0加载第一个轨道到内存中.(每一个过程使用512字节的程序.刚好占用硬盘的一个块)第一轨道就是我们熟知的主引导记录(MBR),也就是boot0,第一个被计算机加载执行的程序.第二个程序,boot1,又是固定大小为512字节并知道如何读取slice信息和加载boot2.一旦boot2被加载它就有能力直接启动系统或者加载加载器(loader program),加载器固定大小为512字节.相当精致并被设计来允许对系统精确启动作更多的控制.
boot0
从BIOS加载的第一个程序,boot0,是一个固定大小为512字节的小程序,位于主引导记录(MBR).你可以在/usr/src/sys/boot/i386/boot找到该程序的源代码.当然现代计算机的BIOS可以设置成从各种不同的驱动器包括光驱,软驱和IDE硬盘启动.对于本章来说,我们将假设计算机是从第一个硬盘启动的.也就是磁盘驱动器0,C:,或者,对BIOS而言,0X80.
从第一个磁盘的第一个扇区,512字节被读到内存位置0X7C00.然后,BIOS会检验内存位置0X7DFE的数字0XAA55(启动块代码的最后两个字节).这个位置索引数字0XAA55对i386是如此重要而被赋予了一个适当的名字----魔数.这意味着,只有在这个数字存在于内存位置0X7DFE的情况下BIOS才会把控制权转移给boot0被安置的内存位置0X7C00.
这提出了在Intel i386系统上编写启动代码的一个要点:记着你代码中的第一个内存位置处(0X0)必须是一条指令.并且,当BIOS转移控制权给内存位置0X7C00的时候该位置必须包含一条指令.这可以是一个简单的跳转到其他位置或者启动程序主过程的入口.另外当启动代码被执行时你对CPU到底在干什么是完全没有控制的.因为这时候寄存器的状态也是未知的,你别指望已经设置好了适当的段和栈寄存器.这个小工作必须由启动代码来完成.因为目前操作系统还没有加载起来;所有的I/O必须通过BIOS过程来完成(Intel CPU 文档有一个完整列表)
在boot0被加载并获得控制权以后,它将设置自己的寄存器和栈信息.接着,boot0重定位自己到一个低的内存位置并跳转到它主过程的新的偏移地址.这时候boot0必须还能够定位和启动其他磁盘和分区,在它的最后,boot0代码有一个小的常见的可启动类型列表,它们都必须在其最后两个字节包含魔数才可启动.

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