这是一篇来自 The Linux Boot Process: From Power Button to Kernel | 0xkato 内容的整理：
[timelines]
第一部分 — 开机到内核启动的故事
你按下电源键，几秒钟后，屏幕上可能出现了厂商的LOGO，也可能是一串闪烁的字符。很快，Linux 的世界就展现在你的眼前。这不是魔法，而是硬件和软件小心协作的成果。
1. 第一条指令
- 当电流稳定，CPU 苏醒，开始跑它的第一条指令：直接跳转到主板固件设定的复位地址（
0xFFFFFFF0）。这里只有很少的空间，工程师放了一个“远跳”指令，把启动权交给了主板固件（BIOS/UEFI）。
2. BIOS和UEFI出场
固件是预装在电路板上的一个小型启动程序。
- BIOS 模式下，主板固件先做自检（POST），接着寻找启动盘，找到后把启动盘的第一个扇区（512字节）读到内存（
0x7C00），并跳过去执行。 - UEFI 更现代，能直接读硬盘文件系统，加载更大的程序（比如GRUB），也能和操作系统沟通更多硬件细节。
两者是不同的路径，相同的目标：将控制权交给能够加载 Linux 的引导程序。
3. Bootloader 的任务
引导加载程序 Bootloader 就像引路人，引导操作系统进入系统。
- GRUB 是 PC 上常用的引导加载程序。它读取系统配置，如果安装了菜单则会显示菜单，并将 Linux 内核加载到内存中。Linux 内核文件实际上包含两部分：
4. setup 程序做足准备，创建安全工作空间
- 这个阶段的内核 setup 程序，负责把寄存器、堆栈都设置妥当，还会清理 BSS 区（存储要从零开始的变量）。如果早期输出（earlyprintk）被启用，还会初始化串口，让工程师能看到最早期的信息。
- 最后再向主板固件查询可用内存，划分哪些区域是安全可用的。做好这一切，才会跳进第一个 C 语言函数 main，距离正式内核已经很近了。
完成上述步骤后，设置代码会调用它的第一个 C 函数，该函数名为 main 。此时我们仍然处于小型旧式实模式下。下一步是退出这种模式。
第二部分 — 离开实模式，逐步探索 32 位领域，最终进入 64 位领域
现代 PC 上的 Linux 系统运行在长模式（Long Mode）下，也就是 x86_64 架构的 64 位模式。你不能直接从实模式跳转到长模式。正确的路径是：实模式到保护模式，再从保护模式到长模式。
1. 什么是保护模式
- Linux 真正运行是64位世界，而最初启动在“实模式”（只支持1MB空间）。setup 程序要带着CPU先切进32位保护模式，这一步用到 GDT（内存段定义表）和 IDT（中断分配表），把老模式的限制彻底松绑，实现更强的内存管理。
2. 模式切换细节
- 切换前会依次关掉可屏蔽中断，屏蔽掉老式中断控制器PIC，打开 A20 线（让内存能突破1MB）。然后安排好浮点协处理器，加载精简版 GDT 和 IDT，设好 CR0 寄存器，开启32位保护模式。
3. 补充：控制寄存器是啥
- CR0、CR3、CR4 这些寄存器就像硬件开关，决定着 CPU 的运行状态和内存分页、安全等功能，是整个切换过程中最核心的小机关。
4. 为什么还没进入64位环境
- 光有保护模式还不够，还得开启分页功能，让虚拟内存和物理内存一一对应，然后通过 EFER 寄存器的 LME 位，正式让 CPU 以64位模式运行。这一步要用简单的页表做最原始的映射，确保系统不会出错。
5. 为什么切换特别小心
- 切换过程中要防止各种中断、地址冲突等风险，所以流程非常谨慎，确保每一步都到位，否则可能会让电脑启动卡死。
第三部分 — 内核“解包”和“搬家”的故事
你看到系统启动的过程，就像搬家和装修，事无巨细，先收拾清理、再搬东西、最后把所有细节安顿好。
1. 先检查环境准备
- 解压内核的代码（stub）会上来检查自己和即将放置内核的位置是否重叠。如果有冲突，会主动搬到空余、安全的区块，腾出空间让内核顺利解包。与此同时，还会将部分变量区清零，设置临时的中断响应，映射关键内存区。
2. Linux内核“拆包”和“安家”
- extract_kernel 把压缩的内核文件解压到内存，然后根据 ELF 文件头的“地图”，把代码和数据精确搬到目标位置。如果发生搬迁，还要做“重定位”，修正所有需要用到的地址，确保后续内核运行时一切正常。安顿好以后，就能跳到真正的内核入口，让 Linux 正式“苏醒”。
3. 为什么内核有时要“搬家”
- 如果 Linux 开启了地址随机化功能（kASLR），每次启动都会根据当前系统情况，把内核安置到不同的内存地址。这么做的好处是提升安全性黑客找不到固定位置更难攻击，让系统更安全。
[/timelines]
常用术语简明解释
- 十六进制：一种计数方法，包括数字0-9和字母A-F，常用于表示内存地址，比如0x10表示16。
- 寄存器：CPU内部用于暂存数据的小空间，有很多种类，比如代码段、数据段等。
- 段和偏移：在实模式下，内存地址由段地址和偏移地址组成。
- BIOS：传统主板固件，负责自检和加载启动盘。
- UEFI：新一代主板固件，支持现代硬件和文件系统加载。
- Bootloader（启动引导程序）：负责把操作系统内核装入内存并准备相关参数（常见如GRUB）。
- 堆栈：一种先进后出的数据区，函数调用时会使用。
- BSS：存着需要清零的全局变量区域。
- GDT（全局描述符表）：定义内存管理和权限，保护模式下用到。
- IDT（中断描述符表）：存放所有中断处理函数的入口地址。
- A20线：允许内存访问超过1MB的历史机制。
- 保护模式：CPU的32位工作模式，支持分页和分段内存管理。
- 长模式：CPU的64位工作模式，必须开启分页之后才能进入。
- 分页：实现虚拟地址到物理地址转换的机制。
- 页表：存储分页映射关系的数据结构。
- 控制寄存器：如CR0/CR3/CR4，控制CPU的各种关键功能和状态。
- ELF：Linux内核和程序的文件格式，定义哪些是代码哪块是数据。
- 重定位：代码或数据实际存放位置和初始设定不一致时，需要纠正所有指针和引用。
- kASLR：每次开机都随机分配内核位置，提高安全性。