按下电源键的那一刻，绝大多数人看到的是风扇开始转动、屏幕亮起、厂商 Logo 闪现，随后熟悉的系统界面出现。但对 Linux 来说，这不是“启动系统”，而是一场极其谨慎的接管过程。CPU 并不知道什么是 Linux，甚至不知道什么是“操作系统”。它只是在电压稳定后，被迫回到一个写死的状态，然后按照几十年前就被规定好的路径，一步步确认：我在哪？我能访问什么？接下来该把控制权交给谁？
这条路径之所以复杂，是因为它要在几乎没有假设的前提下，把一堆冷冰冰的硬件，逐渐引导成一个可控、可预测、长期运行的系统环境。
第一条指令：CPU 从 8086 的记忆中醒来
当电源稳定，x86 CPU 会被硬件强制复位。这个复位不是“回到现代状态”，而是回到 8086 时代的实模式。此时 CPU 使用 16 位寄存器，地址空间被限制在 1MB 内，内存地址通过“段 + 偏移”的方式计算，这套机制在今天看来笨拙又危险，但它的优势只有一个：足够简单，几乎不可能启动失败。
复位完成后，CPU 会无条件跳转到一个固定地址：0xFFFFFFF0。这个地址空间极其狭小，根本放不下任何逻辑。厂商通常只在这里放一条远跳转指令，把执行流导向主板上的固件代码。
从这一刻开始，CPU 就像一个刚醒来的工人，站在工厂门口，手里只有一张写着“去找门卫”的纸条。
BIOS 与 UEFI：启动世界的两种性格
传统 BIOS 的世界，几乎是为“最坏情况”设计的。它假设磁盘很慢、内存很小、程序必须极度克制。BIOS 上电后会进行 POST 自检，确认 CPU、内存、基础外设是否可用，然后严格按照启动顺序寻找设备。
当 BIOS 发现一个磁盘时，它不会“加载系统”，而只是检查第一个扇区的最后两个字节是不是 0x55AA。如果是，它就把这 512 字节 原封不动拷进内存的 0x7C00，然后跳转执行。512 字节意味着什么？意味着你几乎只能写一个“引导引导程序的引导程序”。复杂度被一层层拆分，这是 BIOS 时代的宿命。
UEFI 的出现，本质上是对这一切历史包袱的松绑。UEFI 能识别文件系统，能直接加载较大的可执行文件，还能向操作系统传递详细的硬件拓扑、内存布局和安全信息。但无论是 BIOS 还是 UEFI，它们的目标始终一致：把系统交给一个更懂操作系统的人。
引导加载器：第一个真正“理解 Linux”的角色
这个角色通常是 GRUB。GRUB 并不只是一个菜单程序，它承担的是一个“翻译官”的职责：一边理解固件世界，一边理解 Linux 世界。
GRUB 会读取配置，决定加载哪个内核，把压缩的 Linux 内核镜像搬进内存，把 initrd 准备好，把命令行参数整理成内核能理解的格式。它还会构造一个极其重要的数据结构——启动参数区，告诉内核：你在哪、initrd 在哪、内存情况如何、命令行是什么。
当 GRUB 跳转到内核的入口点时，控制权就彻底离开了固件世界。此后发生的一切，都由 Linux 自己负责。
设置阶段：在混乱世界里搭一张干净的桌子
内核一开始运行的，并不是你熟悉的 start_kernel，而是一段极其保守的设置代码。这段代码的目标只有一个：在不可预测的硬件环境中，制造一个可预测的工作空间。
它会重新校准段寄存器，确保内存复制行为不会因为历史遗留状态而出错；它会建立一个最初的栈，让函数调用第一次变得安全；它会清空 BSS 区域，因为 C 语言假定所有未初始化的全局变量都从 0 开始；如果你传了 earlyprintk，它甚至会提前配置串口，让你在图形系统尚不存在时看到调试输出。
最关键的一步，是向固件询问内存布局。Linux 必须知道哪些内存是“真的空闲”，哪些仍被固件或设备占用，否则系统可能在启动早期就踩到雷区。
从实模式到保护模式：进入 32 位世界的门槛
实模式无法支撑现代操作系统。Linux 必须进入 保护模式，才能获得真正的内存保护与寻址能力。
在这一步中，Linux 会加载一个极简的 GDT，让所有段采用“扁平模型”，从而把复杂的段机制退化成“线性地址”；它会准备一个最小的 IDT，哪怕暂时不处理真正的中断；它会关闭可屏蔽中断，让系统在切换过程中不被打断；它会打开 A20 线，解决历史上 1MB 地址回绕的问题。
当 CR0 的 PE 位被设置，一次远跳转完成后，CPU 正式进入 32 位保护模式。这是 Linux 第一次站在“现代操作系统”的起点。
迈入 64 位：分页与长模式的精确跃迁
64 位不是一次跳跃，而是一系列精确的准备。Linux 必须先构建页表，建立最小的虚拟内存体系。启动阶段通常使用 2MB 大页，以最快速度覆盖关键内存区域。
随后，CR4 中启用 PAE，CR3 指向页表，EFER 的 LME 位被设置。最后一次远跳转发生时，CPU 进入长模式，寄存器宽度扩展到 64 位，寻址能力彻底解放。
这一过程极其谨慎，因为在系统运行中切换模式，本质上就像在高速行驶时更换轮胎——任何一步失误，都会直接导致系统崩溃。
解压内核：Linux 本体终于现身
直到这一刻，内存中仍然只是一个压缩包。解压程序会确认自身位置是否安全，如果与目标内核地址冲突，就先把自己搬走；随后清空自身的 BSS，建立最小异常处理能力；然后调用解压逻辑，把真正的内核 ELF 镜像一段段展开。
ELF 文件不仅是二进制，它还是一张地图，描述了代码、数据、只读段应放在什么位置。如果加载地址与编译地址不同，解压程序还要执行重定位，逐一修正指针。
完成这一切后，它跳转到真正的内核入口点，start_kernel 被调用，Linux 正式开始初始化世界。
为什么内核有时会刻意“躲起来”
如果启用了 kASLR，内核甚至不会加载到一个固定地址。启动阶段，解压程序会扫描内存空闲区域，结合早期熵源，随机选择物理和虚拟基址。
这样做的目的并不神秘：如果攻击者不知道内核在哪里，利用就会变得极其困难。
这一步看似简单，却需要避开 initrd、命令行缓冲区、固件保留内存等所有“不能碰”的区域。一旦没有合适位置，内核才会退回默认地址。
这不是古老，而是工程的克制
Linux 启动过程之所以充满 8086、BIOS、A20 这些历史痕迹，不是因为它落后，而是因为它选择了承担现实世界的复杂性。
它假设硬件不可信、状态不可预测；它假设必须一步一步验证环境；它宁可慢，也要稳。
这不是浪漫的设计，这是工程师对“系统必须活着”的执念。
