操作系统主引导扇区代码是如何被加载到内存的？

Posted 2023-02-05 天地会珠海分舵

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了操作系统主引导扇区代码是如何被加载到内存的？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1. 问题：OS引导代码为什么需要org 07c00h？

在前几天在知乎上的的一个回答《想带着学生做一个操作系统，可行性有多大？》中，我们引用了一段主引导扇区MBR中的操作系统加载代码：

	org	07c00h			; 告诉编译器程序加载到7c00处
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	call	DispStr			; 调用显示字符串例程
	jmp	$			; 无限循环
DispStr:
	mov	ax, BootMessage
	mov	bp, ax			; ES:BP = 串地址
	mov	cx, 16			; CX = 串长度
	mov	ax, 01301h		; AH = 13,  AL = 01h
	mov	bx, 000ch		; 页号为0(BH = 0) 黑底红字(BL = 0Ch,高亮)
	mov	dl, 0
	int	10h			; 10h 号中断
	ret
BootMessage:		db	"Hello, OS world!"
times 	510-($-$$)	db	0	; 填充剩下的空间，使生成的二进制代码恰好为512字节
dw 	0xaa55				; 结束标志

本来想着过了就算了，未曾想有个关注我的网友提问说:

弱弱的问一句，代码里面最开头为什么要org 07c00h？注释没看懂，是代表指示将这部分代码加载到对应内存？

本来想着在评论中解析清楚的，后来写着写着发现内容太多，且一些地方需要配合相应的一些截图才能解析清楚，所以这里干脆独立成为一篇文章来解释这个问题算了。

要解析这个问题，首先，这里我们得先了解一下操作系统启动的过程，以及相应的寄存器和内存的关系。

2. 电脑开机后是怎么一步步把操作系统引导代码加载到07c00h的

当我们按下电脑的重启按钮，加电时，我们cpu的寄存器会复位，其中大部分的寄存器都会清0，除了我们的代码段寄存器cs，将会被复位为FFFF。

同时，因为我们开机时，cpu是工作在实模式下的。所以我们的内存访问模型是

物理地址 = 段地址 x 16 + 偏移地址

所以开机时取得第一条指令将会来自地址:

0xFFFF x 16 + 0x0000 = 0xFFFF0

那么0xFFFF0指向的存储地址是什么内容呢？

继续之前，我们需要看下内存地址空间的分配。

我们知道8086有20根地址线，能访问的存储空间是0x00000到0xFFFFF。但是，这里需要知道的是这部分存储空间并不是全部属于我们内存条的。这里的地址空间分配是这样的：

0x00000 ~ 0x9FFFF：内存
0xA0000 ~ 0xEFFFF：显卡显存等外围设备
0xF0000 ~ 0xFFFFF：Bios

而我们的0xFFFF0正好是落在bios的地址空间中的。也就是说，当把0xFFFF0这个地址放到地址总线后，经过地址分配电路，将会去bios读取对应的内容来执行。当然，因为bios读取速度没有内存快，所以也有可能会将bios的代码直接映射到内存条的对应区域：