自制操作系统笔记

安装操作系统与启动操作系统的区别

安装操作系统是指借助于ISO镜像文件，更新硬盘主引导记录MBR，并按照规定位置在特定的柱面、磁道、扇区放置好相关文件，待用。

启动操作启动是指在安装操作系统的基础上，主板加电后，BIOS查找硬盘主引导记录，找到相应操作系统的柱面、磁道、扇区加载内核以及其他文件。

刻录与复制的区别

刻录是以块为单位，复制是以文件为单位。复制过程中，无权限复制某些系统文件以及MBR，所以复制出的启动U盘是无法使用的。但刻录是一比一的，可以将系统文件以及MBR原封不动的克隆到其他位置。

硬盘的主引导记录MBR

硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区。一共512字节。

主引导程序（偏移地址0000H--0088H），它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序。

出错信息数据区，偏移地址0089H--00E1H为出错信息，00E2H--01BDH全为0字节。

分区表（DPT,Disk Partition Table）含4个分区项，偏移地址01BEH--01FDH,每个分区表项长16个字节，共64字节为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4。

结束标志字，偏移地址01FE-01FF的2个字节值为结束标志55AA,如果该标志错误系统就不能启动。

针对ubuntu-22.04.1-desktop-amd64.iso镜像文件，其前512字节的内容如下。

 占用512个字节的MBR中，偏移地址01BEH--01FDH的64个字节，为4个分区项内容（分区信息表）。它是由磁盘介质类型及用户在使用 FDISK定义分区说确定的。在实际应用中，FDISK对一个磁盘划分的主分区可少于4个，但最多不超过4个。每个分区表的项目是16个字节，其内容含义如下。

每个分区都拥有自己的启动扇区，可以用来存放引导程序，并且该引导程序可以将管理权交给另一引导程序（其他分区的引导扇区）或者自己引导所在的分区。是的，可开机的内核文件不是在引导扇区内，而是在各分区内。 

• linux 安装的时候可以选择安装在分区的启动扇区，或者 MBR，linux 的 loader 可以手动转换引导程序。
• windows 会覆盖掉 MBR 和自己所在的分区。你没有办法保留之前 MBR 中对 linux 引导程序的指向。

上述两个原因表明了为何需要先安装 windows 操作系统，再安装 linux，否则将不会在开机的时候看到 linux 引导选项。

软盘的MBR

过去的软盘通常采用FAT12文件系统，软盘是不存在MBR的。软盘启动时，BIOS会检查软盘的0面0磁道1扇区，如果发现此扇区以0xaa55结束。则BIOS认为此扇区是一个可引导扇区（Boot Sector）。正确的Boot Sector除了以0xaa55结束外还应该包含512字节以内的执行代码。可以看出软盘引导扇区与硬盘MBR处于相同位置。

安装与启动的区别

安装是指BIOS通过USB的MBR或者光盘的MBR进行的将USB中或光盘中的内容复制到硬盘对应存储区域，并修改硬盘MBR的过程。

启动是指BIOS通过硬盘的MBR将指定的启动扇区内容复制进入内存，进而多步导入操作系统内核镜像并运行的过程。

U盘的类型

NAND FLASH。在U盘、各种存储卡里面的都是这种 FLASH。

由于工艺上的不同，它比NOR FLASH拥有更大存储容量，而且便宜。但也有缺点，就是无法寻址直接运行程序，只能存储数据。

通常使用NAND FLASH 存储数据和程序，但是必须有NOR FLASH来启动。必须先用一片小的NOR FLASH 启动机器，再把OS等软件从NAND FLASH 载入SDRAM中运行。

固态硬盘的类型

 大部分的固态硬盘由三个主要零件组成，包含Controller控制芯片、DRAM以及NAND flash闪存。

控制芯片是NAND flash与电脑的主要沟通桥梁；

NAND flash则是由多个区块的非易失性内存颗粒所构成，也是数据主要储存的地方。

DRAM是易失性内存，需要持续供给电源才有储存数据的能力，为非必要的组成零件。

NAND Flash的扇区结构

以镁光MT29F4G08BxB Nand Flash为例。这款Flash（如上图）以：

4个扇区（sector）组成1个页（page），

64个页(page)组成1个块（block），

4096个块(block)构成整个Flash存储器。

由于每个扇区的容量是512 字节（bytes)，整个Flash容量为4224M Bit（相当于528M字节），去掉备用区域用于存放ECC数据校验16M（虚线部分），就是这个片子的容量512M字节。

其他型号的Flash也是同样由扇区组成页、由页组成块、块组成整个存储设备，只是扇区、页、块的数量多少有区别而已。