IBM PC的系统引导过程之我见

在阅读了不少资料后（越来越觉得HK的网络爽了！——其实可能只是内地不好而已……我要求不高阿……只要能看到wikipedia和大多数外文技术网站就好了……）,终于对IBM PC的引导过程有了一定的了解，这里写一篇综述以备忘。
-------------------------------------------------------
首先介绍一下所谓的“引导”的历史。Bootstrapping一词来源于一个德国传说-_-!!!
一位叫Baron Münchhausen的大哥声称能抓着头发，自己把自己提起来……后来黑客们引用这个词语(后来简称为booting了)来比喻计算机启动过程——这是一个鸡与蛋的问题！究竟是先有鸡还是先有蛋？对，计算机的启动过程也是这样。大家都知道，计算机运行的是程序，而程序是装载在内存中的。计算机必须以操作系统为用户接口运行，计算机刚刚启动时，内存中没有任何操作系统，要把操作系统装入内存，本身就要有一个可以执行这个动作的程序阿……这就造成了paradox.

因此，人们想到，可以利用boot loader这样一种程序来加载OS。N年前，还是打孔机时代时，程序员通过手动输入程序到内存中来启动计算机……现在则好多了，使用boot loader可以完成这些任务。通过多级的引导，boot loader一级一级引导程序，最终引导操作系统。


事实上，操作系统（这里都是以IBM PC为例，不同架构可能不同，比如Apple）引导的过程是这样的。基于IBM PC架构的机器都会有BIOS，一个嵌入在主板中的芯片，使用CMOS存储某些程序与信息以完成开机后的“加电自检”，Power On Self Tesing,POST，作用是检测各功能部件，如内存，显卡等。然后，读入MBR——Master Boot Record。这是一个512字节的扇区，位于可引导存储介质的第一个扇区。这个扇区结构如下：

根据上表，可以看到，该512字节扇区的内部结构，其中也指定了一个磁盘只能有4个分区！因为只有64个字节分配给分区表，而每个分区表占了16字节，因此只有4个。

对于每个磁盘/软盘,或其他可引导存储介质。都必须有一个主引导扇区,因为BIOS加电自检后自动装载这个扇区。但是如果有很多磁盘或软盘或光驱呢？因此在BIOS里有一个启动有限选项可以选择。BIOS逐个检测这些启动介质，知道检测到合法的启动介质。观察512字节中的01FE和01FF字节，可以发现，这是所谓的MBR签名。固定的AA55H标识了这个是一个合法的引导扇区！这是一个段的最后两个字节，硬件就是靠它们来区别这个段是否为引导扇区。这就是所谓的“第一阶段引导”。如果没有操作系统怎么办？那么就会显示：Please Insert a bootable disc and press a key"这是引导扇区(boot sector)显示的，而不是机器的固件。

接下来，在4个主分区中，只有一个被标识为“活动分区”。BIOS通过检测4个分区表进入这个活动分区，读入这个活动分区的第一个扇区。此时控制权交给了该段扇区存储的程序。这个扇区也称为“分区引导记录”(partition boot record)。分区引导记录实际上是另一个“第一阶段引导程序”。但是它能够从这个分区装载一组代码，这些新代码称为“第二阶段引导程序”，然后进行“第二阶段的引导”。对于GRUB，它在MBR写入第一阶段引导程序（最多前446个字节)，然后通过这个第一阶段引导程序跳入活动分区的第二阶段引导程序。此时，已经没有512字节限制了！这时再由第二阶段引导程序载入操作系统内核。对于DOS等老式OS，一般是自己载入自己，即loader本身就在操作系统里面。而对于windows,linux等，则由GRUB,LILO,NTLDR等经过几个阶段的引导再装入自己（kernel).

在linux中，可以使用
dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1
来生成MBR的镜像。

-------------------------------------------------------
参考资料：

1. Booting词条from wikipedia
2. MBR词条from wikipedia
3. From Power Up to Bash Prompt
4. LPI 证书 101 考试准备: Linux 安装与包管理 from IBM developerWorks
5.