2026/5/9大约 3 分钟Wiki操作系统
本页覆盖 x86-64 架构下从按下电源键到内核 kmain() 执行的完整链路。
启动全貌
BIOS 阶段
| 步骤 | 说明 |
|---|---|
| POST | 上电自检，检测 CPU、内存、外设是否正常 |
| MBR 加载 | BIOS 读取第一个扇区（512字节），跳转到 0x7C00 执行 |
| Stage 1→2 | 链式加载，Stage 1 找 Stage 2，Stage 2 解压并加载 Stage 3 |
关键地址
- MBR 加载位置：
0x00007C00 - 内核高半区入口：
0xFFFFFFFF80000000 - 初始内核栈：64 KiB（Limine 提供）
Limine 协议
Limine 是一个现代的 x86-64 引导协议，在接管 CPU 后完成：
- 进入 64 位长模式，启用分页
- 清零通用寄存器，关闭中断（
cli） - 准备 64 KiB 内核栈
- 扫描内核二进制中的请求结构体，填充响应（framebuffer、内存地图、HHDM 偏移）
- 跳转到内核入口点（
kmain）
三种请求类型
| 请求 | 用途 | 关键字段 |
|---|---|---|
| Framebuffer | 屏幕显示 | address, width, height, pitch |
| Memory Map | 物理内存布局 | entries[], base, length, type |
| HHDM | 物理地址→虚拟地址 | offset |
CPU 初始化（init() 顺序）
kmain() 调用 init()，按以下顺序初始化：
void init() {
enable_fpu_and_sse(); // 1. 开启浮点运算
gdt_init(); // 2. 加载 GDT
idt_init(); // 3. 加载 IDT + 开中断
fb_init(); // 4. 初始化帧缓冲
pmm_init(); // 5. 物理内存管理器
vmm_init(); // 6. 虚拟内存管理器
}1. FPU/SSE 启用
| 操作 | 寄存器 | 位 | 含义 |
|---|---|---|---|
| 清 EM | CR0 | bit 2 | 禁用 x87 仿真 |
| 清 TS | CR0 | bit 3 | 清除任务切换标志 |
| 设 MP | CR0 | bit 1 | 监控协处理器 |
| 设 NE | CR0 | bit 5 | 原生异常处理 |
| 设 OSFXSR | CR4 | bit 9 | 启用 SSE |
| 设 OSXMMEXCPT | CR4 | bit 10 | 启用 SSE 异常 |
finit | — | — | 初始化 x87 FPU |
2. GDT（全局描述符表）
x86-64 下 GDT 几乎不再承担实际的内存分段功能，但出于兼容性仍需初始化。
+-----+--------+------+---------+-------------+
| # | 类型 | Base | Limit | Access/Gran |
+-----+--------+------+---------+-------------+
| 0 | Null | 0 | 0 | 0x00 / 0x00 |
| 1 | 64-bit | 0 | 4 GiB | 0x9A / 0xAF | ← CS = 0x08
| 2 | 64-bit | 0 | 4 GiB | 0x92 / 0x00 | ← DS/SS = 0x10
+-----+--------+------+---------+-------------+关键指令：
lgdt [rdi] ; 加载 GDT 基址和限长
retfq ; 远返回刷新 CS 为 0x083. IDT（中断描述符表）
详见 中断与异常处理。
4-6
编译参数速查
# 必要的编译标志
CFLAGS = -ffreestanding -nostdlib -mno-red-zone \
-mno-mmx -mno-sse -mno-sse2 -mgeneral-regs-only
# 链接脚本
LDFLAGS = -T linker-scripts/x86_64.lds -nostdlib| 标志 | 作用 |
|---|---|
-ffreestanding | 不依赖宿主操作系统的标准库 |
-nostdlib | 不链接标准 C 库 |
-mno-red-zone | 禁用 AMD64 红区（内核必须） |
-mgeneral-regs-only | 只使用通用寄存器，不碰浮点/SIMD |