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無論是Linux還是Windows，在加電後的第一步都是先運作BIOS（Basic Input/Output System）程式——不知道是不是是以的電腦系統都是如此。BIOS儲存在主機闆上的一個non-volatile（即非易失）存儲器，如PROM，EPROM，Flash等。——以前的BIOS一般都是隻讀的，現代的系統中，允許重新整理BIOS程式。它的任務就是簡單的初始化和識别系統硬體裝置，如CPU，記憶體，輸入/輸出裝置，外部儲存設備等。然後找到bootloader的位置，并加載bootloader，将PC的控制權交給bootloader，完成後面的複雜的系統初始化任務。
但是在系統啟動之前，系統如何啟動BIOS呢？是以系統啟動的過程，也被稱為自舉。雖然沒有“先有雞還是先有蛋”那麼複雜，但是這裡也有一個沖突。PC是這樣解決這個問題的。将CPU設計成加電以後，就從一個特殊的固定的位址開始執行指令，那麼BIOS的位置就放在這裡，也就是存儲BIOS的ROM的起始位址就是這個固定的位址，用以保證BIOS程式可以在加電時被直接執行。
這裡有兩個問題：
1. BIOS的存儲器位址如何決定的？
2. 現在多處理器的情況下，BIOS是如何執行的？
下面以Intel CPU為例，簡單說明一下流程：
Intel在初始化的時候将CPU分為兩類，即BSP（Bootstrap Processor）與APs（Application Processors）。從名字上既可看出兩類CPU的作用。在啟動的時候，首先由硬體動态選擇一個總線上的CPU為BSP，那麼剩下的CPU則都為AP。由BSP執行BIOS程式，初始化環境以及APs，然後還是有BSP執行作業系統的初始化代碼。Intel CPU的第一條語句的固定位址為0xFFFF FFF0，然後BIOS的存儲器被hard-map到這個記憶體位址。這樣當CPU開始執行時，實際上執行的就是BIOS程式。
由于BIOS的存儲器不會太大，是以程式一般不會太複雜，那麼不大可能實作加載作業系統的操作，隻能完成簡單的初始化工作。這時，隻能借助于外部存儲器了。可是外部存儲器的讀取是依賴于檔案系統的。而BIOS程式既然比較簡單，那麼是不可能去支援檔案系統的，更何況有各種各樣的檔案系統，不可能去一一支援。這時，還是隻能依賴于寫死，必須定義一個固定的外部存儲器的位址——硬碟的第一個扇區的512位元組——被稱為MBR（Master Boot Record）——為什麼是512位元組呢？按照我的了解，一般情況下一個扇區都被設定為512位元組，而硬碟操作的最小單元即為一個扇區。雖然可以設定更大的扇區，但是作為一個統一的程式來說，使用慣例512是一個不錯的選擇。
BIOS的最後一項任務就是将MBR讀入到記憶體中，且起始位址固定為0x7c00，然後對MBR的最後兩個位元組進行驗證，必須為0x55和0xAA，以保證這512位元組為MBR。驗證通過後，則跳轉到0x7c00處開始執行。這樣MBR就開始執行。——這裡，我有兩個問題，為什麼是7c00和0x55和0xAA呢？目前沒有找到當初選擇這兩個值的解釋。我依稀記得選擇0x55，0xaa是因為這個值比較特殊，利于校驗，但是為什麼利于校驗卻不記得了。
MBR儲存了分區表（MBR并不存在于任何一個分區中，而是處于分區之上），以及一個用于裝載作業系統啟動程式的小程式。MBR首先會确定活動分區，然後使用BIOS将這個活動分區的啟動扇區——仍然是第一個扇區512位元組，最後跳轉到加載該啟動扇區的記憶體位址處。這樣就将PC的控制器轉移到這個啟動扇區的程式手中（即真正的bootloader）。一般來說，這個啟動程式也要求被加載到0x7c00這個位址。可是這個位址之前已經加載了MBR，如果再加載這個啟動程式，那麼必然沖突。是以MBR實際上在開始的時候，先對自己做了relocate，将自己拷貝到另外一個位址，然後從那個位址開始執行，這樣就避免了沖突。
下面就進入了真正的bootloader了，對于Linux來說，一般就是LILO和GRUB，下面以最常用的GRUB為例。
GRUB的啟動分為三個階段stage1，stage1.5和stage2，這三個階段也被分為三個檔案（在某些情況下，可以沒有stage1和stage1.5）。其中stage1可以嵌入到MBR中，即MBR的頭446個位元組（後面為分區表64位元組，0x55和0xAA兩個校驗位元組），也可以存儲在活動分區的第一個扇區512位元組，然後由MBR來加載。是以stage1最多為512位元組，如果存儲在MBR中，則隻能最大為446位元組。stage1中儲存了stage1.5的位址，并負責加載stage1.5的前512位元組。之是以stage1隻能加載512位元組，是為了遵循MBR的規則。
進入stage1.5，由于隻加載了前512位元組，是以stage1.5首先要負責把剩餘部分代碼，由自己加載到記憶體中。對于stage1.5來說，它可以識别和支援檔案系統。可以檢視/boot/grub目錄下，有多個字尾為stage1.5檔案，其字首即為支援的檔案系統，也就是說要支援一個檔案系統，就有一個對應的stage1.5檔案。至于加載哪個檔案，已經寫死在stage1中。這個檔案系統為stage2所在的檔案系統。stage2檔案是真正儲存在檔案系統中的。這樣通過對應的stage1.5檔案，就可以正确加載stage2檔案。為什麼會有stage1.5這個階段呢？主要是當stage2不連續或者需要在stage2前，對檔案系統做些特殊處理。如果沒有這樣的需求，完全可以避免stage1.5。
stage2檔案為最主要的加載代碼，這時由于已經stage1.5已經支援檔案系統了，是以stage2可以比較大。stage2來實作GRUB的各種功能，這裡就不列舉了，感興趣的同學可以自己檢視GRUB的手冊。stage2首先需要找到GRUB的配置檔案，來決定如何加載作業系統。對于GRUB的配置與本文的主題聯系并不緊密，我個人也對其興趣不大。
GRUB不僅要複雜加載kernel，還要負責加載Initial Ram Disk，又被成為initrd。其目的主要是為了保證一個小體積的核心。initrd為一個簡單的檔案系統，它包含了一些核心必要的檔案和子產品。這樣，首先将initrd挂載為一個根系統，然後kernel利用這個基本的系統，來檢測環境，加載更多的必要的子產品。在完成所有的加載後，這時kernel已經完全準備就緒。那麼initrd對于kernel來說，已經不需要了。這時，kernel會将initrd從根/上解除安裝，并挂載上真正的根系統，并執行正常的啟動程式。
參考：
2. 《Linux核心分析及程式設計》——倪繼利
3. 《Linux核心完全剖析》——趙炯
4. 《Linux核心源代碼情景分析》——毛德操 胡希明
5. 《Intel 64 and IA32 Architectures Software Developer‘s Manual》 Volume 3A
6. 《Understanding The Linux Kernel》 Denial P. Bovet & Macro Cesati
7. GUN GRUB Manual
![linux-svn解除安裝與安裝[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)