60、Linux系统启动与模块管理全解析

Linux系统启动与模块管理全解析

1. 系统启动流程概述

当用户开启计算机后，一系列复杂的操作会逐步展开，最终将Linux内核镜像加载到内存并执行，这一过程被称为系统的“引导”。计算机引导是一项繁琐且漫长的任务，因为初始时，包括随机存取存储器（RAM）在内的几乎所有硬件设备都处于随机、不可预测的状态，而且引导过程高度依赖计算机架构，这里主要讨论80x86架构。

2. 史前时代：BIOS

2.1 开机初始状态

计算机通电瞬间，由于RAM芯片包含随机数据且没有操作系统运行，计算机几乎无法使用。为启动引导，一个特殊的硬件电路会拉高CPU的RESET引脚的逻辑值。RESET被触发后，处理器的一些寄存器（包括cs和eip）会被设置为固定值，然后执行物理地址0xfffffff0处的代码。该地址由硬件映射到一个通常称为只读存储器（ROM）的特定只读、持久内存芯片。存储在ROM中的程序集在80x86架构中传统上被称为基本输入/输出系统（BIOS），因为它包含几个中断驱动的低级程序，所有操作系统在引导阶段都会使用这些程序来处理构成计算机的硬件设备。

2.2 Linux与BIOS的关系

Linux在进入保护模式后不再使用BIOS，而是为计算机上的每个硬件设备提供自己的设备驱动程序。BIOS程序必须在实模式下执行，即使共享功能有益，它们也无法实现。BIOS使用实模式地址，因为计算机开机时只有实模式地址可用。实模式地址由段（seg）和偏移量（off）组成，对应的物理地址为seg * 16 + off。因此，CPU寻址电路将逻辑地址转换为物理地址时不需要全局描述符表（GDT）、局部描述符表（LDT）或页表。显然，初始化GDT、LDT