3.1BIOS
计算机体系结构概述
cpu加电执行的第一条指令是在内存中，内存分成RAM随机访问存储，还有一个ROM只读存储，rom中还有一些原来写入的一些内容，这些内容系统初始化代码就从那里开始执行
启动时计算机内存和磁盘布局
加载程序的内存地址空间
加载程序读操作系统，再把相应的控制权转到读进来的操作系统内核代码上，操作系统就可以开始运行的
BIOS系统调用 （提供功能）
■BIOS以中断调用的方式 提供了基本的I/O功能
INT 10h:字符显示
INT 13h:磁盘扇区读写
INT 15h:检测内存大小
INT 16h:键盘输入
■只能在x86的实模式下访问（限制）
3.2系统启动流程
主引导记录着从哪个文件系统里去读加载程序，有了主引导记录之后，然后就进到当前哪个分区里面，分区里面又有一个分区的引导扇区，这个活动分区的引导扇区再来加载之前那个加载程序（BootLoader）
CPU初始化
CPU初始化之后，根据代码段段寄存器和当前指令指针寄存器这两个的内容，算出来它的第一条指令在内存当中的什么地方
■CPU加电稳定后从0XFFFF0读第一条指令
CS:IP = 0xf000:fff0
第一条指令是跳转指令
■CPU初始状态为16位实模式
CS:IP是16位寄存器
指令指针PC = 16*CS+IP
最大地址空间是1MB（因为是20为的地址）
BIOS初始化过程
■硬件自检POST
■检测系统中内存和显卡等关键部件的存在和工作状态
■查找并执行显卡等接口卡BIOS，进行设备初始化；（设备自身有初始化程序）
■执行系统BIOS，进行系统检测；
检测和配置系统中安装的即插即用设备；
■更新CMOS中的扩展系统配置数据ESCD（配置表，每次加电都会更新插入和拔出的卡）
■按指定启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动（设置启动顺序来读进第一块扇区）
主引导记录MBR格式
■启动代码：(只有）446字节（因为分区的信息也要存在512字节中）
检查分区表正确性
加载并跳转到磁盘上的引导程序
■硬盘分区表：64字节
描述分区状态和位置
每个分区描述信息占据16字节
■结束标志字：2字节(55AA)
主引导记录的有效标志
分区引导扇区格式
■跳转指令：跳转到启动代码（cpu不一样，指令也是不一样的）
与平台相关代码
■文件卷头：文件系统描述信息
■启动代码：跳转到加载程序（存在硬盘上可以改动）
■结束标志：55AA
加载程序(bootloader)
配置文件，不同系统这个文件格式是不一样的，依据这个选择你启动的这种参数，比如说我是在正常启动，还是说我是在安全模式启动，还是说我是在一个调试状态下启动我的系统，那这些区别都会读出来之后，它导致我在加载内核的时候的一些内核会不一样，或者说我加载的时候的参数会不一样，依据配置去加载内核
系统启动规范
■BIOS
固化到计算机主板上的程序
包括系统设置、自检程序和系统自启动程序
BIOS-MBR、BIOS-GPT、PXE（GPT，全局唯一标识分区表，可以描述更多分区（四个以上））
■UEFI（统一可扩展固件接口）
接口标准
在所有平台上一致的操作系统启动服务
扩展：可信流
3.3中断、异常和系统调用比较
背景
■为什么需要中断、异常和系统调用
在计算机运行中，内核是被信任的第三方
只有内核可以执行特权指令
方便应用程序
■中断和异常希望解决的问题（用于解决意外的情况）
当外设连接计算机时，会出现什么现象？
当应用程序处理意想不到的行为时，会出现什么现象？
■系统调用希望解决的问题
用户应用程序是如何得到系统服务？
系统调用和功能调用的不同之处是什么？
内核的进入与退出
中断、异常和系统调用
■系统调用（system call）
应用程序主动向操作系统发出的服务请求
■异常(exception)
非法指令或者其他原因导致当前指令执行失败(如：内存出错)后的处理请求
■中断(hardware interrupt)
来自硬件设备的处理请求
中断可以满足应用程序，外部设备或者程序执行异常的服务请求
中断、异常和系统调用比较
■源头
中断：外设
异常：应用程序意想不到的行为（可能内部也可能外部）
系统调用：应用程序请求操作提供响应方式服务
■响应方式
中断：异步
异常：同步
系统调用：异步或同步
■处理机制
中断：持续，对用户应用程序是透明的
异常：杀死或者重新执行意想不到的应用程序指令
系统调用：等待和持续
中断处理机制
硬件处理
■在CPU初始化时设置中断使能标志
依据内部或外部事件设置中断标志
依据中断向量调用相应中断
服务例程
中断和异常处理机制
软件
现场保存（编译器）
中断服务处理（服务例程）
清除中断标记（服务例程）
现场恢复（编译器）
中断嵌套
■硬件中断服务例程可被打断
不同硬件中断源可能硬件中断处理时出现
硬件中断服务例程中需要临时禁止中断请求
中断请求会保持到CPU做出响应
■异常服务例程可被打断
异常服务例程执行时可能出现硬件中断
■异常服务例程可嵌套（异常中还可以出现异常）
异常服务例程可能出现缺页
3.4系统调用
■操作系统服务的编程接口
■通常由高级语言编写（C或者C++）
■程序访问通常是通过高层次的API接口而不是直接进行系统调用
■三种最常用的应用程序编程接口（API）
Win32 API用于Windows
POSIX API用于POSIX-based systems (包括UNIX，LINUX，Mac OS X的所有版本)
Java API用于JAVA虚拟机(JVM)
系统调用的实现
■每个系统调用对应一个系统调用号
·系统调用接口根据系统调用号来维护表的索引
■系统调用接口调用内核态中的系统调用功能实现，并返回系统调用的状态和结果
■用户不需要知道系统调用的实现
·需要设置调用参数和获取返回结果
·操作系统接口的细节大部分都隐藏在应用编程接口后
通过运行程序支持的库来管理
函数调用和系统调用的不同处
系统调用与函数调用的堆栈不一样，系统调用可以用特权操作
■系统调用
·INT和IRET指令用于系统调用
■系统调用时，堆栈切换和特权级的转换
■函数调用
·CALL和RET用于常规调用
常规调用时没有堆栈切换
中断、异常和系统调用的开销
■超过函数调用
■开销：
·引导机制
·建立内核堆栈
·验证参数（参数的有效性合法性是需要做验证的）
·内核态映射到用户态的地址空间
更新页面映射权限
·内核态独立地址空间（TLB)
系统调用示例
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