电脑开机 怎么工作

按下电源，空空的电脑醒过来

想象一台断了电的电脑。它的内存被清得干干净净。我们学了那么多的内核，还有从它那里分出枝杈的进程，此刻在内存里连一行都没有。没有电流，这再自然不过。
按下电源键，总得有谁先迈出第一步。迈出这一步的不是内核，而是一直存放在主板芯片里的一个很小的程序。它叫启动程序，也叫固件。
固件从一开始就待在那里，好在通电时第一个醒来。

按“开机”按钮，在内存原本空空的电脑里，芯片中的小小启动程序（固件，蓝色）最先醒来。内核还哪儿都没有。

醒来的只有小小的固件，内存仍几乎是空的。固件并不聪明，除了简单检查一下各个部件有没有接好，它既不会装点屏幕，也不会启动应用。
它只知道怎样把真正干活的请来，而那个干活的就是内核。可内核现在不在内存里：断电期间，它一直以文件的形式睡在磁盘上。
所以固件的任务很明确：去磁盘把内核请过来。

固件把内核从磁盘搬进内存

回想一下上一课说的：内核常驻内存，管理一切。可就算是常驻内存的内核，也总有第一次进入内存的时刻。这个时刻就是现在。
固件在磁盘上找到内核文件，一块一块搬进内存。在真实的电脑上，固件通常先载入一个叫引导程序的小程序，再由引导程序把内核载入内存。不论哪种方式，原本空空的内存里，内核终于有了自己的位置。
这一单元里一直被称作每一幕主角的内核，正是在开机的这一幕里第一次登场。

每点一次按钮，以文件形式睡在磁盘上的内核（金色）就有一块被搬进内存。四块都上来后，那个“常驻”的内核才第一次坐稳了位置。

内核全部进入内存后，固件便悄悄交了班。小小启动程序的戏份到此为止：它已把真正干活的叫醒、安顿好，接下来的舞台属于内核。
醒来的内核先做什么？单靠内核自己，什么我们看得见的事都做不了。屏幕上的图标、接收键盘输入的窗口、我们打开的应用，都要等某个程序运行起来才会出现。
从这一刻起，整台电脑都由内核负责。所以内核做的第一件事，就是生出第一个进程。

内核生出第一个进程，枝杈由此伸展

回想讲进程的那一课：程序是睡在磁盘上的文件，它运行起来、活动着的状态就是进程。开机时，内核第一次做的正是这件事。
它从磁盘上挑出一个程序来运行，让它成为这台电脑上第一个活着的进程。在 Linux 上，这第一个进程的编号是 1。不过，内核并不亲自一个个启动所有应用。第一个进程会生出别的进程，孩子又生孩子，像一棵树一样伸出枝杈。
我们用的众多程序，全都是从这第一个进程分出来的枝杈。

点一次按钮，内核（金色）下面就生出第一个进程；再点一次，子进程（绿色）就从它那里像枝杈一样伸展出来。

点一下，第一个进程诞生；再点一下，它下面的孩子们一下子伸展开来。这就是我们每天看到的那个屏幕的起点。画桌面的程序、时钟、通知，都是这些枝杈上某处的进程。
这些进程各有自己的内存空间，需要什么时，就用系统调用去请内核帮忙。这一单元里分开学过的碎片，正在开机这一幕里一块块各就各位。
现在，可以把这些碎片一层层叠成一幅图了。

一层层叠起来就完成了（从硬件到应用）

把整体看成一幅图：最下面是硬件，也就是磁盘、内存、屏幕、键盘这些实实在在的部件。它上面，小小的固件醒来迈出第一步，再由固件把内核载入。
内核紧挨着坐在硬件之上，直接和每个部件打交道，在内存里砌墙、安排日程。内核上面是第一个进程，再往上，我们用的应用一个个叠上去。
下层稳稳托住，上层才立得住。没有硬件就没有固件，没有固件就没有内核，没有内核就没有进程，没有进程也就没有应用。这种下层托住上层的结构，通常叫作分层结构。

每点一次按钮，就从下往上多亮一层：硬件、固件、内核、第一个进程、应用。下层先立住，上层才能叠上去。

灯一路亮到最上面的应用，我们看到的屏幕才算完成。原本漆黑的电脑，现在活了过来。
有意思的是，这座塔一建好，固件做过的事几乎就被忘掉了。用着应用的时候，我们几乎意识不到下面有内核托着，更下面还有固件和硬件。
可这一层一层，都是在开机那一瞬间从下往上依次搭起来的。开机时一闪而过的厂商标志画面，正是固件在干活的时候；那个画面快消失时，内核就接手了。

一按电源，这一切都在：整个单元归成一页

串成一条线就是这样：按下电源，芯片里的小小固件醒来，固件把内核从磁盘搬进内存，内核生出第一个进程，应用再从那里伸展出来。
这条几秒钟内走完的线里，装着这一单元学过的几乎所有东西：睡在磁盘上的文件和内存、常驻的内核、活动着的进程、每个进程自己的内存空间、和部件打交道的驱动、决定谁能做什么的权限，还有进程向内核求助的系统调用。
开机，就是这些碎片第一次同时登场、而且按照既定顺序登场的那一幕。

按顺序点五个步骤，开机的一整圈就串成一条线：通电、固件醒来、载入内核、第一个进程、叠起应用。

从此以后，按下电源键的那一瞬间，看起来会和以前不一样。在那一瞬间里，小小的启动程序唤醒内核，内核生出第一个进程，我们的应用一层层往上搭，一场盛大的组装正在进行。
这一单元，是从“屏幕背后那位看不见的管家到底在做什么”这个问题开始的。开机，就是这位管家清早起床，从头开始一步步把家里打理好的那一幕。那是漆黑的机器为迎接我们做好准备、每天都在悄悄重复的一瞬间。