先問一個問題，”啟動”用英語怎么說？

回答是boot。可是，boot原來的意思是靴子，”啟動”與靴子有什么關(guān)系呢？ 原來，這里的boot是bootstrap（鞋帶）的縮寫，它來自一句諺語：

"pull oneself up by one's bootstraps"

字面意思是”拽著鞋帶把自己拉起來”，這當(dāng)然是不可能的事情。最早的時候，工程師們用它來比喻，計算機啟動是一個很矛盾的過程：必須先運行程序，然后計算機才能啟動，但是計算機不啟動就無法運行程序！

早期真的是這樣，必須想盡各種辦法，把一小段程序裝進(jìn)內(nèi)存，然后計算機才能正常運行。所以，工程師們把這個過程叫做”拉鞋帶”，久而久之就簡稱為boot了。

計算機的整個啟動過程分成四個階段。

一、第一階段：BIOS

上個世紀(jì)70年代初，”只讀內(nèi)存”（read-only memory，縮寫為ROM）發(fā)明，開機程序被刷入ROM芯片，計算機通電后，第一件事就是讀取它。

這塊芯片里的程序叫做”基本輸出輸入系統(tǒng)”（Basic Input/Output System），簡稱為BIOS。

1.1 硬件自檢

BIOS中主要存放的程序包括：自診斷程序（通過讀取CMOS RAM中的內(nèi)容識別硬件配置，并對其進(jìn)行自檢和初始化）、CMOS設(shè)置程序（引導(dǎo)過程中，通過特殊熱鍵啟動，進(jìn)行設(shè)置后，存入CMOS RAM中）、系統(tǒng)自動裝載程序（在系統(tǒng)自檢成功后，將磁盤相對0道0扇區(qū)上的引導(dǎo)程序裝入內(nèi)存使其運行）和主要I/O驅(qū)動程序和中斷服務(wù)（BIOS和硬件直接打交道，需要加載I/O驅(qū)動程序）。

BIOS程序首先檢查，計算機硬件能否滿足運行的基本條件，這叫做”硬件自檢”（Power-On Self-Test），縮寫為POST。

如果硬件出現(xiàn)問題，主板會發(fā)出不同含義的蜂鳴，啟動中止。如果沒有問題，屏幕就會顯示出CPU、內(nèi)存、硬盤等信息。

1.2 啟動順序

硬件自檢完成后，BIOS把控制權(quán)轉(zhuǎn)交給下一階段的啟動程序。

這時，BIOS需要知道，”下一階段的啟動程序”具體存放在哪一個設(shè)備。也就是說，BIOS需要有一個外部儲存設(shè)備的排序，排在前面的設(shè)備就是優(yōu)先轉(zhuǎn)交控制權(quán)的設(shè)備。這種排序叫做”啟動順序”（Boot Sequence）。

打開BIOS的操作界面，里面有一項就是”設(shè)定啟動順序”。

二、第二階段：主引導(dǎo)記錄

BIOS按照”啟動順序”，把控制權(quán)轉(zhuǎn)交給排在第一位的儲存設(shè)備。即根據(jù)用戶指定的引導(dǎo)順序從軟盤、硬盤或是可移動設(shè)備中讀取啟動設(shè)備的MBR，并放入指定的位置（0x7c000）內(nèi)存中。

這時，計算機讀取該設(shè)備的第一個扇區(qū)，也就是讀取最前面的512個字節(jié)。如果這512個字節(jié)的最后兩個字節(jié)是0x55和0xAA，表明這個設(shè)備可以用于啟動；如果不是，表明設(shè)備不能用于啟動，控制權(quán)于是被轉(zhuǎn)交給”啟動順序”中的下一個設(shè)備。

這最前面的512個字節(jié)，就叫做”主引導(dǎo)記錄”（Master boot record，縮寫為MBR）。

2.1 主引導(dǎo)記錄的結(jié)構(gòu)

“主引導(dǎo)記錄”只有512個字節(jié)，放不了太多東西。它的主要作用是，告訴計算機到硬盤的哪一個位置去找操作系統(tǒng)。

主引導(dǎo)記錄由三個部分組成：

（1） 第1-446字節(jié)：調(diào)用操作系統(tǒng)的機器碼。

（2） 第447-510字節(jié)：分區(qū)表（Partition table）。

（3） 第511-512字節(jié)：主引導(dǎo)記錄簽名（0x55和0xAA）。

其中，第二部分”分區(qū)表”的作用，是將硬盤分成若干個區(qū)。

2.2 分區(qū)表

硬盤分區(qū)有很多好處?？紤]到每個區(qū)可以安裝不同的操作系統(tǒng)，”主引導(dǎo)記錄”因此必須知道將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給哪個區(qū)。

分區(qū)表的長度只有64個字節(jié)，里面又分成四項，每項16個字節(jié)。所以，一個硬盤最多只能分四個一級分區(qū)，又叫做”主分區(qū)”。

每個主分區(qū)的16個字節(jié)，由6個部分組成：

（1） 第1個字節(jié)：如果為0x80，就表示該主分區(qū)是激活分區(qū)，控制權(quán)要轉(zhuǎn)交給這個分區(qū)。四個主分區(qū)里面只能有一個是激活的。

（2） 第2-4個字節(jié)：主分區(qū)第一個扇區(qū)的物理位置（柱面、磁頭、扇區(qū)號等等）。

（3） 第5個字節(jié)：主分區(qū)類型。

（4） 第6-8個字節(jié)：主分區(qū)最后一個扇區(qū)的物理位置。

（5） 第9-12字節(jié)：該主分區(qū)第一個扇區(qū)的邏輯地址。

（6） 第13-16字節(jié)：主分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)。

最后的四個字節(jié)（”主分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)”），決定了這個主分區(qū)的長度。也就是說，一個主分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)最多不超過2的32次方。

如果每個扇區(qū)為512個字節(jié)，就意味著單個分區(qū)最大不超過2TB。再考慮到扇區(qū)的邏輯地址也是32位，所以單個硬盤可利用的空間最大也不超過2TB。如果想使用更大的硬盤，只有2個方法：一是提高每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)，二是增加扇區(qū)總數(shù)。

三、第三階段：硬盤啟動

這時，計算機的控制權(quán)就要轉(zhuǎn)交給硬盤的某個分區(qū)了，這里又分成三種情況。

3.1 情況A：卷引導(dǎo)記錄

上一節(jié)提到，四個主分區(qū)里面，只有一個是激活的。計算機會讀取激活分區(qū)的第一個扇區(qū)，叫做”卷引導(dǎo)記錄”（Volume boot record，縮寫為VBR）。

“卷引導(dǎo)記錄”的主要作用是，告訴計算機，操作系統(tǒng)在這個分區(qū)里的位置。然后，計算機就會加載操作系統(tǒng)了。

3.2 情況B：擴展分區(qū)和邏輯分區(qū)

隨著硬盤越來越大，四個主分區(qū)已經(jīng)不夠了，需要更多的分區(qū)。但是，分區(qū)表只有四項，因此規(guī)定有且僅有一個區(qū)可以被定義成”擴展分區(qū)”（Extended partition）。

所謂”擴展分區(qū)”，就是指這個區(qū)里面又分成多個區(qū)。這種分區(qū)里面的分區(qū)，就叫做”邏輯分區(qū)”（logical partition）。

計算機先讀取擴展分區(qū)的第一個扇區(qū)，叫做”擴展引導(dǎo)記錄”（Extended boot record，縮寫為EBR）。它里面也包含一張64字節(jié)的分區(qū)表，但是最多只有兩項（也就是兩個邏輯分區(qū)）。

計算機接著讀取第二個邏輯分區(qū)的第一個扇區(qū)，再從里面的分區(qū)表中找到第三個邏輯分區(qū)的位置，以此類推，直到某個邏輯分區(qū)的分區(qū)表只包含它自身為止（即只有一個分區(qū)項）。因此，擴展分區(qū)可以包含無數(shù)個邏輯分區(qū)。

但是，似乎很少通過這種方式啟動操作系統(tǒng)。如果操作系統(tǒng)確實安裝在擴展分區(qū)，一般采用下一種方式啟動。

3.3 情況C：啟動管理器

在這種情況下，計算機讀取”主引導(dǎo)記錄”前面446字節(jié)的機器碼之后，不再把控制權(quán)轉(zhuǎn)交給某一個分區(qū)，而是運行事先安裝的”啟動管理器”（boot loader），由用戶選擇啟動哪一個操作系統(tǒng)。

Linux環(huán)境中，目前最流行的啟動管理器是Grub。

對于grub而言，在MBR中的446字節(jié)的引導(dǎo)程序?qū)儆贕RUB的開始執(zhí)行程序，通過這段程序，進(jìn)一步執(zhí)行stage1.5或是stage2的執(zhí)行程序，將在下面詳細(xì)介紹執(zhí)行過程。

其中stage1.5或是stage2便屬于階段2引導(dǎo)的過程了，stage2過程也是作為GRUB kernel的核心代碼出現(xiàn)。Stage1.5過程（對于GRUB而言存在stage1.5，GRUB2則不存在）的功能很單一，主要就是為了引導(dǎo)stage2過程服務(wù)。由于stage2過程的代碼存放在文件系統(tǒng)下的boot分區(qū)目錄中，因此stage1.5過程就是需要提供一個文件系統(tǒng)的環(huán)境，而該文件系統(tǒng)環(huán)境需要保證系統(tǒng)可以找到stage2過程的文件，那么stage1.5階段提供的文件系統(tǒng)需要是boot文件系統(tǒng)所對應(yīng)的，這個在執(zhí)行g(shù)rub install過程中就已經(jīng)確定了。stage2過程中，主要會把系統(tǒng)切換到保護模式，設(shè)置好C運行時環(huán)境，找到config文件（事實上就是menulist文件），如果沒有找到就執(zhí)行一個shell，等待用戶的執(zhí)行。然后的工作就變成了輸入命令->解析命令->執(zhí)行命令的循環(huán)中。當(dāng)然該階段引導(dǎo)的最終狀態(tài)就是執(zhí)行boot命令，將內(nèi)核和initrd鏡像加載進(jìn)入內(nèi)存中，進(jìn)而將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給內(nèi)核。

四、第四階段：操作系統(tǒng)

控制權(quán)轉(zhuǎn)交給操作系統(tǒng)后，操作系統(tǒng)的內(nèi)核首先被載入內(nèi)存。

以Linux系統(tǒng)為例，先載入/boot目錄下面的kernel。內(nèi)核加載成功后，第一個運行的程序是/sbin/init。它根據(jù)配置文件（Debian系統(tǒng)是/etc/initab）產(chǎn)生init進(jìn)程。這是Linux啟動后的第一個進(jìn)程，pid進(jìn)程編號為1，其他進(jìn)程都是它的后代。

然后，init線程加載系統(tǒng)的各個模塊，比如窗口程序和網(wǎng)絡(luò)程序，直至執(zhí)行/bin/login程序，跳出登錄界面，等待用戶輸入用戶名和密碼。

至此，全部啟動過程完成。

另外在大磊的博客中還有許多細(xì)節(jié)部分：

BIOS啟動細(xì)節(jié)：

a) 按下電源開關(guān)，電源就開始向主板和其它設(shè)備供電；當(dāng)芯片組檢測到電源已經(jīng)開始穩(wěn)定供電了(當(dāng)然從不穩(wěn)定到穩(wěn)定的過程只是一瞬間的事情)，它便撤去RESET信號(如果是手工按下計算機面板上的Reset按鈕來重啟機器，那么松開該按鈕時芯片組就會撤去RESET信號)；CPU馬上就從地址FFFF:0000H 處開始執(zhí)行指令，放在這里的只是一條跳轉(zhuǎn)指令，跳到系統(tǒng)BIOS中真正的啟動代碼處。

b) 系統(tǒng)BIOS的啟動代碼首先進(jìn)行POST(Power－On Self Test，加電后自檢)。POST的主要檢測系統(tǒng)中一些關(guān)鍵設(shè)備是否存在和能否正常工作，例如內(nèi)存和顯卡等設(shè)備；由于POST是最早進(jìn)行的檢測過程，此時顯卡還沒有初始化，如果系統(tǒng)BIOS在進(jìn)行POST的過程中發(fā)現(xiàn)了一些致命錯誤，例如沒有找到內(nèi)存或者內(nèi)存有問題(此時只會檢查640K常規(guī)內(nèi)存)，那么系統(tǒng)BIOS就會直接控制喇叭發(fā)聲來報告錯誤，聲音的長短和次數(shù)代表了錯誤的類型；在正常情況下，POST過程進(jìn)行得非常快，幾乎無法感覺到它的存在。POST結(jié)束之后就會調(diào)用其它代碼來進(jìn)行更完整的硬件檢測。

c) 接下來系統(tǒng)BIOS將查找顯卡的BIOS。前面說過，存放顯卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常設(shè)在C0000H處，系統(tǒng)BIOS在這個地方找到顯卡BIOS之后就調(diào)用它的初始化代碼，由顯卡BIOS來初始化顯卡。此時多數(shù)顯卡都會在屏幕上顯示出一些初始化信息，介紹生產(chǎn)廠商、圖形芯片類型等內(nèi)容，不過這個畫面幾乎是一閃而過。系統(tǒng)BIOS接著會查找其它設(shè)備的BIOS程序，找到之后同樣要調(diào)用這些BIOS內(nèi)部的初始化代碼來初始化相關(guān)的設(shè)備。

d) 查找完所有其它設(shè)備的BIOS之后，系統(tǒng)BIOS將顯示出它自己的啟動畫面，其中包括有系統(tǒng)BIOS的類型、序列號和版本號等內(nèi)容。

e) 接著系統(tǒng)BIOS將檢測和顯示CPU的類型和工作頻率，測試所有的RAM，并同時在屏幕上顯示內(nèi)存測試的進(jìn)度。可以在CMOS設(shè)置中自行決定使用簡單耗時少或者詳細(xì)耗時多的測試方式。

f) 內(nèi)存測試通過之后，系統(tǒng)BIOS將開始檢測系統(tǒng)中安裝的一些標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備，包括硬盤、CD-ROM、串口、并口和軟驅(qū)等設(shè)備，另外絕大多數(shù)較新版本的系統(tǒng)BIOS在這一過程中還要自動檢測和設(shè)置內(nèi)存的定時參數(shù)、硬盤參數(shù)和訪問模式等。

g) 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備檢測完畢后，系統(tǒng)BIOS內(nèi)部支持即插即用的代碼將開始檢測和配置系統(tǒng)中安裝的即插即用設(shè)備。每找到一個設(shè)備之后，系統(tǒng)BIOS都會在屏幕上顯示出設(shè)備的名稱和型號等信息，同時為該設(shè)備分配中斷、DMA通道和I/O端口等資源。

h) 到這一步為止，所有硬件都已經(jīng)檢測配置完畢了，多數(shù)系統(tǒng)BIOS會重新清屏并在屏幕上方顯示出一個表格，其中概略地列出了系統(tǒng)中安裝的各種標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備，以及它們使用的資源和一些相關(guān)工作參數(shù)。

i) 接下來系統(tǒng)BIOS將更新ESCD(Extended System Configuration Data，擴展系統(tǒng)配置數(shù)據(jù))。ESCD是系統(tǒng)BIOS用來與操作系統(tǒng)交換硬件配置信息的一種手段，這些數(shù)據(jù)被存放在CMOS(一小塊特殊的RAM，由主板上的電池來供電)之中。通常ESCD數(shù)據(jù)只在系統(tǒng)硬件配置發(fā)生改變后才會更新，所以不是每次啟動機器時都能夠看到“Update ESCD… Success”這樣的信息。不過，某些主板的系統(tǒng)BIOS在保存ESCD數(shù)據(jù)時使用了與Windows 9x不相同的數(shù)據(jù)格式，于是Windows 9x在它自己的啟動過程中會把ESCD數(shù)據(jù)修改成自己的格式。但在下一次啟動機器時，即使硬件配置沒有發(fā)生改變，系統(tǒng)BIOS也會把ESCD的數(shù)據(jù)格式改回來。如此循環(huán)，將會導(dǎo)致在每次啟動機器時，系統(tǒng)BIOS都要更新一遍ESCD，這就是為什么有些機器在每次啟動時都會顯示出相關(guān)信息的原因。

j) ESCD更新完畢后，系統(tǒng)BIOS的啟動代碼將進(jìn)行它的最后一項工作：即根據(jù)用戶指定的啟動順序從軟盤、硬盤或光驅(qū)啟動MBR。在這個過程中會按照啟動順序順序比較其放置MBR的位置的結(jié)尾兩位是否為0xAA55，通過這種方式判斷從哪個引導(dǎo)設(shè)備進(jìn)行引導(dǎo)。在確定之后，將該引導(dǎo)設(shè)備的MBR內(nèi)容讀入到0x7C00[1]的位置，并再次判斷其最后兩位，當(dāng)檢測正確之后，進(jìn)行階段1的引導(dǎo)。

EFI啟動細(xì)節(jié)

與傳統(tǒng)MBR相比，GPT采用了不同的分區(qū)方式。

對于傳統(tǒng)MBR，其結(jié)構(gòu)主要如下：

上圖即對上文中所述的很形象的說明，在圖中看到MBR被分成三個部分，分別是：Bootloader、分別表以及Magic Number。其中Bootloader部分為stage1中被執(zhí)行的起始部分。

相反，對于EFI系統(tǒng)中所采用的GPT分區(qū)方式，則采用了不同于MBR分區(qū)方式的形式，從下圖中可以發(fā)現(xiàn)：

如上圖所示，GPT分區(qū)表主要包括：保護MBR、首要GPT頭、首要GPT、備用GPT、備用GPT頭和磁盤數(shù)據(jù)區(qū)。保護MBR與正常的MBR區(qū)別不大，主要是分區(qū)表上的不同，在保護MBR中只要一個表示為0xEE的分區(qū)，以此來表示這塊硬盤使用GPT分區(qū)表。首要GPT頭包含了眾多信息，具體內(nèi)容如下：

分區(qū)表頭定義了硬盤的可用空間以及組成分區(qū)表的項的大小和數(shù)量。分區(qū)表頭還記錄了這塊硬盤的GUID，記錄了分區(qū)表頭本身的位置和大?。ㄎ恢每偸窃贚BA1）以及備份分區(qū)表頭和分區(qū)表的位置和大?。ㄔ谟脖P的最后）。它還存儲著它本身和分區(qū)表的CRC32校驗。固件、引導(dǎo)程序和操作系統(tǒng)在啟動時可以根據(jù)這個校驗值來判斷分區(qū)表是否有錯誤，如果出錯了，可以使用軟件從硬盤最后的備份GPT分區(qū)表恢復(fù)整個分區(qū)表，如果備份GPT也校驗錯誤，那么磁盤將不可用，系統(tǒng)拒絕啟動。

接下來主要是128個分區(qū)表項，GPT分區(qū)表使用簡單而直接的方式表示分區(qū)。一個分區(qū)表項的前16字節(jié)是分區(qū)類型GUID。例如，EFI系統(tǒng)分區(qū)的GUID類型是{C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B} 。接下來的16字節(jié)是該分區(qū)的唯一的GUID（這個指的是該分區(qū)本身，而之前的GUID指的是該分區(qū)的類型）。在接下來是分區(qū)其實和末尾的64位LBA編號，以及分區(qū)的名字和屬性。具體結(jié)構(gòu)如下表：

MBR引導(dǎo)

接下來開始真正的引導(dǎo)過程了，主要說明GRUP的引導(dǎo)?？傮w上GRUB更像是一個mini os，只不過這個mini os的作用只是加載其他的操作系統(tǒng)，在GRUB中包括stage1、stage1.5（可選）和stage2，其中stage1和stage1.5屬于boot loader，stage2屬于mini os的內(nèi)核部分。GRUB中stage1過程主要位于MBR的前446字節(jié)中（對于支持GPT分區(qū)的磁盤，同樣有最開始的512字節(jié)作為保護MBR，保護MBR與正常的MBR區(qū)別不大，主要是分區(qū)表上的不同，在保護MBR中只要一個表示為0xEE的分區(qū)，以此來表示這塊硬盤使用GPT分區(qū)表，不能識別GPT硬盤的操作系統(tǒng)通常會識別出一個未知類型的分區(qū)，并且拒絕對硬盤進(jìn)行操作），之后的64字節(jié)為硬盤的分區(qū)表，最后兩個字節(jié)為MBR結(jié)束標(biāo)志位（0xAA55）。

stage1部分占用了446字節(jié)，其代碼文件是源碼目錄下stage1/stage1.S文件，匯編后生成一個512字節(jié)的boot.img，被寫在硬盤的0面0道1扇區(qū)中，作為硬盤的MBR。stage1的工作很簡單，就是加載0面0道2扇區(qū)上的512字節(jié)到0×8000，然后跳轉(zhuǎn)到0×8000執(zhí)行。

在0面0道2扇區(qū)上的512字節(jié)內(nèi)容為stage1/start.S文件匯編后生成。該扇區(qū)上的內(nèi)容的作用是加載stage1.5或是stage2過程，并將控制權(quán)轉(zhuǎn)交。

Grub引導(dǎo)

在start過程將控制權(quán)轉(zhuǎn)交后，接下來就是GRUB的核心過程了。該過程之所以區(qū)分stage1.5和stage2，主要原因是GRUB和GRUB2的區(qū)別。在GRUB2中，將stage1.5過程集成到了stage2的過程中，所以stage1.5過程僅僅是針對GRUB的。下面將會分別介紹兩種GRUB版本的兩種過程。

4.1 GRUB中stage1.5過程

Stage1.5過程很無辜，它的作用很單一，但是非常關(guān)鍵。它的主要功用就是構(gòu)造一個boot分區(qū)系統(tǒng)對應(yīng)的文件系統(tǒng)，這樣可以通過文件系統(tǒng)的路徑（/boot/grub/）尋找stage2過程需要的core.img，進(jìn)而加載到內(nèi)存中開始執(zhí)行。

Stage1.5存在于0面0道3扇區(qū)開始的地方，并一直延續(xù)十幾k字節(jié)的區(qū)域，具體的大小與相應(yīng)的文件系統(tǒng)的大小有關(guān)（文中涉及到了0面0道1-3+x扇區(qū)，這部分扇區(qū)為保留扇區(qū)，BIOS不會放置任何數(shù)據(jù)。正因為如此如果轉(zhuǎn)換到GPT分區(qū)形式，系統(tǒng)將不能被正確引導(dǎo)，如上文所示，MBR后面的扇區(qū)都被其他內(nèi)容所占據(jù)）。Stage1.5過程被構(gòu)建成多種不同類型，但是功能類似，下面簡單介紹一下基本的stage1.5過程的文件系統(tǒng)。e2fs_stage1_5（針對ext2fs，可引導(dǎo)ext2和ext3文件系統(tǒng)）、fat_stage1_5（針對fat文件系統(tǒng)，可引導(dǎo)fat32和fat16）、ffs_stage1_5、jfs_stage1_5、minix_stage1_5、reiserfs_stage1_5、vstafs_stage1_5和xfs_stage1_5，這些文件被稱為stage1.5過程，這些文件每個至少都在11k以上。除此之外還有兩個比較特殊的文件，分別為nbgrub和pxegrub，這兩個文件主要是在網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)時使用，只是格式不同而已，他們很類似與stage2，只是需要建立網(wǎng)絡(luò)來獲取配置文件。

由于stage1.5過程中會涉及到多個文件系統(tǒng)對應(yīng)的文件，因此本文中主要以ext2fs為例進(jìn)行說明，其他文件系統(tǒng)與此類似，可以同樣進(jìn)行分析理解。

對于ext2fs文件系統(tǒng)，用于生成該文件系統(tǒng)的stage1.5過程文件（e2fs_stage1_5）的代碼為stage2/fsys_ext2fs.c文件。

在stage2/filesys.h文件中定義了每個文件系統(tǒng)對外的接口，用于上層調(diào)用，作為stage2過程尋找核心代碼使用，文件系統(tǒng)一般被定義的接口主要就是三個函數(shù)，分別是mount、read和dir函數(shù)。對應(yīng)ext2fs，其定義的函數(shù)為：

針對ext2fs有如上的函數(shù)名稱，每個函數(shù)將具體在stage2/fsys_ext2fs.c文件中被定義，這里面沒有包含任何的寫的過程，對于bootloader而言僅僅讀就可以完成任務(wù)了，沒必要對其系統(tǒng)進(jìn)行寫操作。其中ext2fs_mount函數(shù)用于檢查文件系統(tǒng)類型，并將superblock讀入到內(nèi)存中；ext2fs_read函數(shù)和ext2fs_dir函數(shù)用于對文件系統(tǒng)具體的操作。在stage2/fsys_ext2fs.c文件中除了需要對這三個函數(shù)的定義之外，還需要文件系統(tǒng)的屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（superblock、inode和group結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)最初被定義在include/linux/ext2_fs.h文件中），通過這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述一個文件系統(tǒng)。

如果讀者有興趣可以試著創(chuàng)建新的文件系統(tǒng)的支持，可以參照目前存在的一些文件系統(tǒng)的模板（實例）編寫。

4.2 GRUB中stage2過程

GRUB中的核心過程也就是stage2過程了，該過程主要是在文件系統(tǒng)建立以后選擇合適的操作系統(tǒng)進(jìn)行加載并轉(zhuǎn)交控制權(quán)，達(dá)到最后引導(dǎo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)。由于GRUB屬于multi boot loader，因此在引導(dǎo)的時候要進(jìn)行選擇，選擇哪種操作系統(tǒng)來運行。在GRUB內(nèi)部主要包括兩種方式，首先是從menu.list中讀取顯示到屏幕讓用戶選擇，其次是通過grub-shell中定義的命令手動進(jìn)行啟動。本文將在后面介紹這兩種方式如何運行，接下來先介紹一下stage2的具體的執(zhí)行過程。

在上面一節(jié)中介紹過，stage1.5過程中將boot分區(qū)的文件系統(tǒng)加載了，之后又做了一件事情，就是將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給stage2，而stage2入口的地方就是stage2/asm.S文件。Stage2/asm.S文件屬于匯編代碼，主要作用是初始化C語言的運行環(huán)境，為下面執(zhí)行C語言的函數(shù)做好準(zhǔn)備，在準(zhǔn)備好之后，將執(zhí)行init_bios_info(stage2/common.c)函數(shù)。init_bios_info函數(shù)的作用是執(zhí)行一些底層的函數(shù)，然后跳轉(zhuǎn)到cmain執(zhí)行，cmain函數(shù)位于stage2/stage2.c文件中。cmain函數(shù)內(nèi)部進(jìn)行一個死循環(huán)，在循環(huán)內(nèi)部首先加載配置文件，顯示給用戶，在這同時循環(huán)一個內(nèi)層循環(huán)，在內(nèi)層循環(huán)中，獲取配置文件中的命令，并解析執(zhí)行。過程中如果沒有可用的配置文件，那么進(jìn)入命令行模式（enter_cmdline函數(shù)），如果找到可用的menu，那么開始執(zhí)行menu的對應(yīng)的內(nèi)容（run_menu函數(shù)）。

對于enter_cmdline（stage2/stage2.c）函數(shù)，將調(diào)用find_command（stage2/cmdline.c），進(jìn)而執(zhí)行相應(yīng)命令的函數(shù)。

對于run_menu（stage2/stage2.c）函數(shù)，將調(diào)用stage2/cmdline.c文件中的run_script函數(shù)，進(jìn)而調(diào)用find_command，執(zhí)行相應(yīng)命令的函數(shù)。

這兩種方式雖然經(jīng)過了不同的過程，對用戶輸入的行為進(jìn)行分析和處理，最終調(diào)用的函數(shù)為find_command，在該函數(shù)中順序循環(huán)比較“輸入”的命令是否與系統(tǒng)內(nèi)部定義的相同，如果相同轉(zhuǎn)到執(zhí)行該函數(shù)。在這個比較的過程中包含了一個全局的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為struct builtin（stage2/shared.h），由該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成了一個table類型（stage2/builtins.c），將命令與相對應(yīng)的builtin結(jié)構(gòu)對應(yīng)一起并進(jìn)行串聯(lián)。下面描述一下builtin結(jié)構(gòu)的定義：

struct builtin *builtin_table[]；

有興趣的讀者可以對上面的內(nèi)容進(jìn)行擴展，形成自己的命令，主要在stage2/builtins.c文件中按照預(yù)定的格式更新，并添加到builtin_table中即可。

在上面打開配置文件的過程中，主要是通過一些文件操作函數(shù)（被定義在stage2/disk_io.c中）完成。這些文件操作函數(shù)主要包括：grub_open、grub_read、grub_seek和grub_close等，這些函數(shù)屬于grub對外的上層接口，具體的函數(shù)內(nèi)部將調(diào)用前文中提到的boot分區(qū)對應(yīng)的文件系統(tǒng)的相應(yīng)的函數(shù)完成，這個過程主要是通過回調(diào)函數(shù)來完成。該過程整體思路類似于面向?qū)ο筮^程，通過對象操作具體的函數(shù)。

【摘自網(wǎng)絡(luò)】