这学期有了操作系统课程，并且加入了试点班。试点班的任务还挺实在的，一上来就是从硬件的引导，也就是在操作系统加载之前的MBR中代码的执行。
因为对于汇编不熟，所以代码里面有些细节还不太清楚，这篇文章主要记录一下引导的大致过程，承载引导信息与代码MBR，以及MBR之后的分区与文件系统。
由于水平有限，无法做到细节俱到，只是在此记录我对于整体过程的理解。
另外，这里只介绍MBR+MBR硬盘启动方式，并未考虑到UEFI+GPT硬盘的方案。
存储设备、分区与文件系统
存储设备
什么是一个存储设备？（这里并非指易失性存储，主存、缓存等）
在这里，我不想像学院派的计算机体系一样，将其只是作为对主存的辅助，因为在当今的计算机世界，硬盘与内存完全是两个角色，虽然这有可能是工业制造技术的原因，但至少这是事实；我也不想像一个硬件厂商那样，将存储设备细分为软盘、硬盘、USB设备等等，这些设备其实本质是相同的，我们在此需要考虑的是它们之间的“共相”，并非差异，它们的差异或许只在于硬件接口实现与历史遗留问题，不要让这些称为自己理解的累赘。
对我们来说，对一块存储设备，无论是软盘硬盘还是U盘，最本质的抽象是一个数组。将它们统统都当做数组，暂且忽略掉差异。与数组相伴而生的，就是数组的索引方式，对应的是存储设备中的寻址方式。接受了这个抽象，存储设备就成为了你理念世界中的一个个小方块了。
文件系统
对于一块硬盘，我们最直觉的感受是什么？是它能存储文件。想一想，一边是一个数组，另一边是一堆目录与文件，这两个东西怎么联系起来呢？用文件系统。如果考虑到文件也是一块字节串，那么文件系统本质上就是实现这个功能的： 在一块数组上，完成对一系列字节块的组织与操作。“组织”是数据结构，“操作”是算法，两个合起来就是文件系统。 我们在“格式化”一个“硬盘”的时候，做的就是“初始化数据结构”的工作，初始化后的数据结构就放在硬盘这个数组内部。之后，如果用户要存储文件，只要按照规定的算法，合理地操作这些数据结构，将自己要存的东西写进该写的地方就可以了。查询文件也是一样。
我们尝试体验一下这个过程。假设要实现存放文件的功能，不考虑性能。我们用最简单的方式来做：将整个数组分成大小相同的块，比如每块512个字节，每块存一个文件，每块的第一个字节存储这个块有没有被使用过，之后的七个字节存储这个块存的文件的文件名；要存储文件的时候，就从头以此寻找尚且没有被占用的块，查找的时候，就以此找对应的文件名。这样，一个简陋的、支持文件大小有限的、支持文件名非常短的文件系统就完成了。在初始化之后，我们只需要一段能跑起来的代码就可以使用它了。
虽然很简陋，但是大概也能说明问题。
分区
文件系统理解了，那分区的概念就没什么好说的了。
我们不满足于将一整块硬盘当做一个文件系统用，所以我们搞了一张表，叫做分区表，一般就在硬盘的开头。这个表的作用很简单，里面有四项，每一项对应一个分区，记录两个字段：分区的开始与结尾。这样子，整块硬盘就被分为了四个块，称作四个分区，也就是四个数组，我们在每个数组上都建立文件系统，就可以分块使用这个硬盘了。
以上描述中，硬盘一词可以替换为软盘、U盘等等。
分区表存储的位置见下面所述的MBR。
MBR与引导
在我们的个人电脑经过硬件加电、自检完成之后，它就要进行一些预备活动来给用户提供可使用的交互接口了，个人电脑上这个交互接口就是操作系统，而预备我们称之为引导。
引导时期会做什么事情呢？
-
加载
首先，硬件发现一个存储设备，如果我们将存储设备看做一个很大的数组，那么硬件就会将这个数组的前512个字节加载到内存的0000:7c00处；
这512个字节的内容就是我们说的主引导记录（Master Boot Record，MBR），按照约定，这里面大致包含了一个三个内容：引导代码、分区表、可启动标志。描述 长度 代码区 446 分区表 64 可启动标志 2 512 -
检查
之后，硬件去检查加载进来的内容的最后两个字节的内容，也就是可启动标志，如果是0x55aa，那么表明这个设备是一个可启动设备，否则，转而尝试其他设备； -
运行
确定该设备可启动之后，硬件就会尝试执行之前加载的MBR中的代码。这时候，系统的控制权就交给了引导代码，也就是我们写的代码。
上述过程很简单，在这个过程中需要注意的：
- 512个字节长的MBR都是由我们自己在代码里面写的，也就是说，我们的汇编代码里面不止需要有可执行的代码，还需要填充好其余的字节，比如启动标志和分区表。这也就是为什么我们需要在代码的末尾写上
times 512-($-$$)，以及为什么最后要有0xaa55的原因，但由于暂时不需要分区表，所以分区表并没有被填充。 - MBR并非被加载到0地址处，而是7C00处，也就是说，我们的代码最终执行的时候起点会在内存的7C00处，这时候就需要注意了，如果在代码里我们用到了跳转指令等，那么汇编器在生成机器代码的时候，需要如何填充跳转目标呢？如果汇编器认为代码的起始地址是0，那么跳转指令的操作码就会是以0为基准计算得来的了，很显然会出问题，所以我们需要在代码最开始用org伪指令告诉汇编器程序的起点，这样，在通过偏移量计算绝对位置的时候，生成的代码才会不出问题。当然，如果代码里面没有用到通过偏移计算的，比如全是mov指令，那么无论如何都不会出问题。
处理好开头与结尾，剩下的就是如何写代码了。
参考：