前言
这是操作系统系列的第一篇blog，后面会陆续完成操作系统的理论分析，并且提供相应的实现，最终实现一个接近Linux 0.11版本的操作系统。
计算机的启动过程是异常复杂的，要在很短的时间内完成从BIOS自检到加载操作系统内核，进入保护模式的过程。概括起来，计算机的启动过程主要分为以下4个阶段。
1. BIOS
1.1 按下电源
我们按下电源之后，首先是CPU重置。主板加电之后，在电压尚未稳定之前，主板上的北桥控制芯片会向CPU发出重置信号，此时CPU进行初始化。当电压稳定后，控制芯片会撤销Reset信号，CPU便开始了模式化的工作。此时 形成的第一条指令的地址是0xFFFFFFF0,从这里开始，CPU就进入了一个“取指令-翻译指令-执行”的循环了。
1.2 那么这个地址指向哪呢？
实际上是指向BIOS芯片里。我们之前说过，在4G(这里只考虑32位系统)的地址空间里，有一些地址是分给外设的，这个地址就是映射到BIOS的。
1.3 然后就是BIOS的POST
(Power On Self Test,上电自检)过程了，BIOS对计算机各个部件开始初始化，如果有错误会给出报警音。比如有时电脑的内存条松动了，开机时会有异常的蜂鸣声，就是在POST过程发出的。
1.4 硬件自检完成后，
BIOS会将控制权交给下一阶段的启动程序。那么，BIOS是如何知道“下一阶段的启动程序”是哪一个呢？原来，在BIOS中有一张启动设备表，BIOS会按照这张表里列出的顺序查找可启动设备。计算机一般默认是从硬盘启动，当然也可以改成从软盘或者CD-ROM甚至是U盘启动。下面是一张典型的设置启动设备图。
另外，BIOS怎么知道一个设备是可以启动呢？规则很简单：如果这个存储设备的第一个扇区中512个字节的最后两个字节是0x55和0xAA，那么该存储设备就是可启动的。
2. 主引导记录
当BIOS按照启动顺序，选择相应的启动设备后，便开始读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512字节。如果这512字节的最后两个字节是0x55和0xAA，表明这个设备可以启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被交给启动顺序表中的下一个设备。
这最前面的512个字节，就是著名的主引导记录(Master Boot Record,MBR).
2.1 主引导记录的结构
主引导记录只有512个字节，放不下太多东西，它的主要作用是，告诉计算机到硬盘的哪一个位置去寻找操作系统。
MBR由3部分组成：1)第1-446字节，调用操作系统的机器码；
2）第447-510字节是分区表(Partition Table);
3)第511-512字节，是0x55和0xAA
其中，分区表的作用，是将硬盘分成若干个区。
2.2 分区表
在启动时，如果有多个分区，则MBR会显示出分区列表让用户选择，如果用户没有选择的话就默认第一项。
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4个一级分区，这些一级分区也叫“主分区”。
每个主分区的16个字节，由6个部分组成：
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。四个主分区里只能有一个是激活的；
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)第5个字节：主分区类型;
4）第6-8个字节：主分区最后一个扇区的物理位置;
5)第9-12字节：该主分区第一个扇区的逻辑地址;
6)第13-16字节：主分区的扇区总数。
最后的4个字节决定了主分区的长度，显然，一个主分区的扇区总数最多不超过2^32个，按每个扇区512字节计算的话，单个主分区最大不超过2TB。如果想使用更大的硬盘，要么提高每个扇区的字节数，要么增加扇区总数。
3. 硬盘启动
此时，计算机就要将控制权转交给硬盘的某个分区了，这里分成以下3种情况：
1）卷引导目录
计算机读取激活分区中的第一个扇区，叫做“卷引导目录”，它的主要作用是指出操作系统在这个分区里的位置。然后，计算机就加载操作系统了；
2）扩展分区和逻辑分区
随着硬盘越来越大，四个主分区已经不够用了，需要更多的分区。但是，分区表只有四项，因此规定有且仅有一个区可以被定义成”扩展分区”。
所谓扩展分区，就是指这个区里面又分成多个区。这种分区里面的分区，就叫做”逻辑分区”。计算机先读取扩展分区的第一个扇区，叫做“扩展引导记录”(Extended Boot Record,EBR),它里面也包含一张64字节的分区表，但是最多只有两项(也就是两个逻辑分区).
计算机接着读取第二个逻辑分区的第一个扇区，再从里面的分区表中找到第三个逻辑分区的位置，以此类推，直到某个逻辑分区的分区表只包含它自身为止。因此，理论上说，扩展分区可以包含无数个逻辑分区。
3）启动管理器
在这种情况下，计算机读取“主引导记录”前面446字节的机器码之后，不再把控制权转交给某一个分区，而是运行事先安装好的启动管理器(Boot loader),由用户选择启动哪个操作系统。比如GRUB就是应用很广泛的启动管理器。
4.加载操作系统
控制权转交给操作系统后，操作系统的内核首先被载入内存。然后会从实模式进入到保护模式，之后加载系统的一些初始化进程。
以Linux为例，先载入/boot下的kernel. 内核加载成功后，运行/sbin/init。这是Linux启动的第一个进程，pid进程编号为1，其他进程都是它的后代。
然后，init进程加载系统的各个模块，比如窗口程序和网络程序，直到执行/bin/login程序，进入到登录界面，等待用户输入用户名和密码。