無論是linux還是windows，在加電後的第一步都是先執行bios（basic input/output system）程式——不知道是不是所以的電腦系統都是如此。bios儲存在主機板上的乙個non-volatile（即非易失）儲存器，如prom，eprom，flash等。——以前的bios一般都是唯讀的，現代的系統中，允許重新整理bios程式。它的任務就是簡單的初始化和識別系統硬體裝置，如cpu，記憶體，輸入/輸出裝置，外部儲存裝置等。然後找到bootloader的位置，並載入bootloader，將pc的控制權交給bootloader，完成後面的複雜的系統初始化任務。
但是在系統啟動之前，系統如何啟動bios呢？所以系統啟動的過程，也被稱為自舉。雖然沒有「先有雞還是先有蛋」那麼複雜，但是這裡也有乙個矛盾。pc是這樣解決這個問題的。將cpu設計成加電以後，就從乙個特殊的固定的位址開始執行指令，那麼bios的位置就放在這裡，也就是儲存bios的rom的起始位址就是這個固定的位址，用以保證bios程式可以在加電時被直接執行。
這裡有兩個問題：
1. bios的儲存器位址如何決定的？
2. 現在多處理器的情況下，bios是如何執行的？
下面以intel cpu為例，簡單說明一下流程：
intel cpu的第一條語句的固定位址為0xffff fff0，然後bios的儲存器被hard-map到這個記憶體位址。這樣當cpu開始執行時，實際上執行的就是bios程式。
由於bios的儲存器不會太大，所以程式一般不會太複雜，那麼不大可能實現載入作業系統的操作，只能完成簡單的初始化工作。這時，只能借助於外部儲存器了。可是外部儲存器的讀取是依賴於檔案系統的。而bios程式既然比較簡單，那麼是不可能去支援檔案系統的，更何況有各種各樣的檔案系統，不可能去一一支援。這時，還是只能依賴於硬編碼，必須定義乙個固定的外部儲存器的位址——硬碟的第乙個扇區的512位元組——被稱為mbr（master boot record）——為什麼是512位元組呢？按照我的理解，一般情況下乙個扇區都被設定為512位元組，而硬碟操作的最小單元即為乙個扇區。雖然可以設定更大的扇區，但是作為乙個統一的程式來說，使用慣例512是乙個不錯的選擇。
bios的最後一項任務就是將mbr讀入到記憶體中，且起始位址固定為0x7c00，然後對mbr的最後兩個位元組進行驗證，必須為0x55和0xaa，以保證這512位元組為mbr。驗證通過後，則跳轉到0x7c00處開始執行。這樣mbr就開始執行。——這裡，我有兩個問題，為什麼是7c00和0x55和0xaa呢？目前沒有找到當初選擇這兩個值的解釋。我依稀記得選擇0x55，0xaa是因為這個值比較特殊，利於校驗，但是為什麼利於校驗卻不記得了。
mbr儲存了分割槽表（mbr並不存在於任何乙個分割槽中，而是處於分割槽之上），以及乙個用於裝載作業系統啟動程式的小程式。mbr首先會確定活動分割槽，然後使用bios將這個活動分割槽的啟動扇區——仍然是第乙個扇區512位元組，最後跳轉到載入該啟動扇區的記憶體位址處。這樣就將pc的控制器轉移到這個啟動扇區的程式手中（即真正的bootloader）。一般來說，這個啟動程式也要求被載入到0x7c00這個位址。可是這個位址之前已經載入了mbr，如果再載入這個啟動程式，那麼必然衝突。所以mbr實際上在開始的時候，先對自己做了relocate，將自己拷貝到另外乙個位址，然後從那個位址開始執行，這樣就避免了衝突。
下面就進入了真正的bootloader了，對於linux來說，一般就是lilo和grub，下面以最常用的grub為例。
grub的啟動分為三個階段stage1，stage1.5和stage2，這三個階段也被分為三個檔案（在某些情況下，可以沒有stage1和stage1.5）。其中stage1可以嵌入到mbr中，即mbr的頭446個位元組（後面為分割槽表64位元組，0x55和0xaa兩個校驗位元組），也可以儲存在活動分割槽的第乙個扇區512位元組，
然後由mbr來載入。所以stage1最多為512位元組，如果儲存在mbr中，則只能最大為446位元組。stage1中儲存了stage1.5的位址，並負責載入stage1.5的前512位元組。之所以stage1只能載入512位元組，是為了遵循mbr的規則。
進入stage1.5，由於只載入了前512位元組，所以stage1.5首先要負責把剩餘部分**，由自己載入到記憶體中。對於stage1.5來說，它可以識別和支援檔案系統。可以檢視/boot/grub目錄下，有多個字尾為stage1.5檔案，其字首即為支援的檔案系統，也就是說要支援乙個檔案系統，就有乙個對應的stage1.5檔案。至於載入哪個檔案，已經硬編碼在stage1中。這個檔案系統為stage2所在的檔案系統。stage2檔案是真正儲存在檔案系統中的。這樣通過對應的stage1.5檔案，就可以正確載入stage2檔案。為什麼會有stage1.5這個階段呢？主要是當stage2不連續或者需要在stage2前，對檔案系統做些特殊處理。如果沒有這樣的需求，完全可以避免stage1.5。
stage2檔案為最主要的載入**，這時由於已經stage1.5已經支援檔案系統了，所以stage2可以比較大。stage2來實現grub的各種功能，這裡就不列舉了，感興趣的同學可以自己檢視grub的手冊。stage2首先需要找到grub的配置檔案，來決定如何載入作業系統。對於grub的配置與本文的主題聯絡並不緊密，我個人也對其興趣不大。
grub不僅要複雜載入kernel，還要負責載入initial ram disk，又被成為initrd。其目的主要是為了保證乙個小體積的核心。initrd為乙個簡單的檔案系統，它包含了一些核心必要的檔案和模組。這樣，首先將initrd掛載為乙個根系統，然後kernel利用這個基本的系統，來檢測環境，載入更多的必要的模組。在完成所有的載入後，這時kernel已經完全準備就緒。那麼initrd對於kernel來說，已經不需要了。這時，kernel會將initrd從根/上解除安裝，並掛載上真正的根系統，並執行正常的啟動程式。
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