CN101957769A

CN101957769A - Mid多操作系统并行方法

Info

Publication number: CN101957769A
Application number: CN2010102928647A
Authority: CN
Inventors: 陈天洲; 曹满; 黄文�; 胡同森
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2011-01-26

Abstract

本发明公开了一种MID多操作系统并行方法。本发明通过更改MID设备上外部存储器如SSD硬盘的主引导记录，添加操作系统启动引导管理程序，同时将外部存储器合理分区给多个操作系统使用，达到两个甚至更多的操作系统并行共存。本发明有效地拓展了MID的用户对象和应用范围，用户不需要购买额外的硬件来实现在多种操作系统的体验，通过启动引导管理程序可以方便的切换多个操作系统。

Description

MID多操作系统并行方法

技术领域

本发明涉及便捷式计算机的操作系统启动技术领域，特别是涉及一种MID设备上多操作系统并行方法。

背景技术

随着Internet的应用范围不断扩展，社群网络和用户产生内容的网站支配着全球Internet的流量，新的移动数据设备正在逐渐满足用户的需求。这样新一代的移动网络设备(Mobile Internet Device，简称MID，)就应运而生。

目前的手持设备无法像电脑一样体验互联网，只有像MID这样的设备才能够实现全功能的上网。它可以像普通电脑一样运行所有的网上内容，而目前还没有任何的掌上设备，在同样的体积下能够提供全功能上网，大多数的视频以及Flash等内容都无法正常显示。

MID为用户提供了口袋中的完美Internet体验，拥有简单和触摸屏操作的GUI，能够进行WiFi和2.5G通讯，提供了优秀的Internet体验。然而，目前MID的各项技术还不够成熟，在待机时间和能耗，软件操作的便捷性和应用层面的可拓展性，以及操作系统的开放性等诸多方面存在不少缺点。要克服这些缺点，最好的方法是设备厂商做好进一步的软硬件开发；与此同时，为了在MID上提供更为丰富的功能，需要研究在MID上多操作系统并行的技术。

在面向移动终端设备的操作系统方面，已有多种不同的产品出现，比如面向MID设备的Ubuntu MID发行版，Redflag Midinux操作系统；面向NetBook上网本的Moblin社区的Moblin发行版；还有Microsoft Windows XP TabletPC Edition的定制版本等都是专门为便捷上网设备开发的优秀操作系统。这些操作系统技术特点不一，各具特色，给用户带来了不同的用户体验。然而，由于设计理念和具体实现方式不同，这些操作系统之间不能兼容，不同平台的优秀的应用程序无法同时使用。这些操作系统在MID平台上的并行技术将会很大的促进MID的发展。通过研究并行关键技术，使得用户能够在MID上进行多个操作系统之间切换，有利于MID的推广，并使得MID能够提供更为强大的功能和更为丰富的应用。

启动引导管理程序是计算机系统加电后运行的第一段代码。大家熟悉的PC中的引导程序一般由BIOS和位于MBR的启动引导管理程序(例如LILO或者GRUB)一起组成。简单地说，启动引导管理程序就是在操作系统内核运行前执行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化必要的硬件设备，创建内核需要的一些信息并将这些信息通过相关机制传递给内核，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，最终调用操作系统内核，真正起到引导和加载内核的作用。

不同类型的操作系统有不同的引导程序，只要在引导程序之间实现相互切换，就能够实现多种操作系统的并行共存，达到我们的目的。常见的Linux系统引导程序Grub和LILO，以及U-Boot等开源的启动引导程序已经可以做到这一点，我们可以成功将它们安装到MID设备上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MID多操作系统并行方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

1)在MID设备外部存储器上划分多操作系统空间

根据安装的操作系统类型和操作系统数量，在MID设备外部存储器上划分出相应数量的操作系统空间，然后对各分区进行格式化操作；

MID设备外部存储器对应于传统计算机的硬盘，通过对其分区，可以使各种操作系统在同一个MID设备上各司其职，协调工作；存储器分区是外存上已经指定的存储空间，它的各项信息都在存储器的逻辑顺序排列中最前端的主引导记录中保存；MID设备通过读取该主引导记录来获取系统引导信息，从而转向相应的引导程序；主引导记录中保存了关于存储器上各种分区的起始结束位置和大小等信息；分区共有三种：主引导分区、扩展分区和逻辑分区，一个主引导记录中最多可以包括四个主引导分区项，分别启动不同的操作系统；

2)安装启动引导管理程序

安装启动引导管理程序，将启动引导管理程序的二进制可执行文件和配置文件拷贝到特定分区的根目录下；

启动引导管理程序负责启动某个系统的内核，以及启动其他系统对应的引导程序；典型的启动引导管理程序设计，将代码分成两个阶段，这主要是为了在代码的可移植性和效率上做一个折中；因为启动引导管理程序是高度硬件相关的，不同体系结构的CPU初始化等操作截然不同；代码的第一阶段的任务是初始化硬件设备，为启动引导管理程序第二阶段准备好内存空间并初始化堆栈；这部分内容由汇编实现；第二阶段的工作是设置系统时钟，设置内存地址翻译表并初始化内存管理单元，设置内核启动参数并将内核映像由外部存储器拷贝到相应的系统内存中，最后跳转到内核的入口点；

3)修改MID设备外部存储器的主引导记录

在安装完成启动引导管理程序后，需要修改MID设备外部存储器的主引导记录，才能够在启动MID设备时首先运行安装的启动引导管理程序，以达到MID设备启动时可以直接进入启动引导管理程序的目的。主引导记录的大小为512字节，而这个区域可以分为三个部分：第一部分为预启动区，占446字节；第二部分是分区表区，占64个字节，硬盘中分区有多少以及每一分区的大小都记在其中；第三部分是magic number，占2个字节，固定为55AA；本步骤的实现方法可以选择如下两种方式之一：

1、将主引导记录预启动区的汇编代码修改为启动引导管理程序的第一阶段的代码；

2、将主引导记录预启动区的汇编代码修改为寻找活动分区的汇编代码，同时将启动引导管理程序第一阶段及剩余阶段的代码所在分区标为活动的；

4)配置多操作系统启动参数

配置多操作系统启动参数，使用户可以在启动引导管理程序中选择并启动需要启动的操作系统，以达到多操作系统可以在MID设备上并行共存，并可以在MID启动时切换的目的。

针对不同的操作系统，启动引导管理程序的配置文件中需要不同的参数；对于可以直接引导的内核类型，需要在配置文件中指明内核文件所在的目录和文件名，启动内核所需要的参数，附加的模块镜像所在目录和文件名；对于不能直接引导的内核类型，要在配置文件中指明可以引导这种内核类型的引导程序所在分区，并标明需要链式启动该引导程序。

本发明提供了一种新的方法和技术可以在MID设备上实现多操作系统并行，使得MID设备的应用范围更加广泛。本发明通过更改MID设备上外部存储器如SSD硬盘的主引导记录，添加操作系统启动引导管理程序，同时将外部存储器合理分区给多个操作系统使用，达到两个甚至更多的操作系统并行共存。本方法依赖于设计完善的启动引导管理程序，针对新兴MID设备CPU的X86架构，可以实现各种X86平台上的常见操作系统如Microsoft Windows，Mac OS，GNU Linux，BSD，Solaris，DOS之间的并行共存，有效的拓展了MID的用户对象和应用范围。与背景技术相比，本发明还具有如下有益效果：

(1)拓展了应用范围。在MID设备上运行多种操作系统，可以大幅度扩展MID设备的应用范围，使其支持更多的应用程序，丰富用户的体验。

(2)便捷性。用户不需要购买额外的硬件来实现在多种操作系统的体验，通过启动引导管理程序可以方便的切换多个操作系统。

(3)自由性。在存储器空间允许的情况下，用户可以安装任意数量和种类的操作系统，它们之间可以通过本方法自由切换。

附图说明

图1是本发明实施例的整体流程图。

具体实施方式

在实施本实施例的MID多操作系统并行方法时，具体方式如下：

1)在MID设备外部存储器上划分多操作系统空间

本步骤是图1中的第一步“划分多操作系统空间”。

对于没有任何数据的包括分区信息的外部存储器，首先应考虑使用哪些操作系统，想安装多种操作系统，其中包括Linux操作系统，可以利用分区程序FDISK对硬盘进行分区。注意在一个存储设备上最多只能有4个主分区，扩展分区也是一个主分区，可以在扩展分区内划分若干个逻辑分区，来突破4个主分区的数量限制。考虑要安装的操作系统类型，对存储器上的空间进行合理划分，一般的MID设备上专用的Linux操作系统需要至少1.5GB的空间，而Windows XP操作系统至少需要2GB的空间，如果划分的空间不足则会导致安装操作系统时出错。

目前的MID设备大多采用SSD固态硬盘作为外部存储器，而且容量有限，一般总容量不会超过10GB。根据不同的MID设备配置进行合理的分区，不建议分区数量过多，因为这样会使很多空间无法充分利用。

分区结束之后需要对分区进行格式化操作，可以在操作系统安装之前或安装时进行。对于大多数Linux系统，建议采用ext3或ext2格式的文件系统；而对于Windows XP系统，建议采用NTFS格式的文件系统。

2)安装启动引导管理程序

启动引导管理程序负责启动某个系统的内核，以及启动其他系统对应的引导程序；安装启动引导管理程序一般只需要将二进制可执行文件和配置文件拷贝到特定分区的根目录下。本步骤见图1的第二步“安装启动引导管理程序”。

以grub启动引导管理程序为例能，正常工作的grub应该包括以下文件：stage1、stage2、*stage1_5、menu.lst。*符号指stage2文件所在分区的文件系统格式。其中stage1的大小一定是512字节，它要被写入某个硬盘的主引导记录，或者某个活动分区的启动扇区。stage1的唯一作用就是找到存放在硬盘上某个地方的stage2文件，来完成后续的工作。stage2文件一般在某个特定格式的文件系统中，例如ext2或fat32，然后把这个文件拷贝到这个分区的某个目录下。因为stage1的容量有限，所以它对文件系统是无法识别的，需要使用与文件系统格式对应的stage1_5文件，负责解释文件系统。stage2放在什么格式的文件系统上，就要调用对应的stage1_5文件。比如，stage2存放在ext2格式的文件系统上，就需要e2fs_stage1_5；stage2存放在fat格式的文件系统上，就需要fat_stage1_5。

3)修改MID设备外部存储器的主引导记录

在安装完成启动引导管理程序后，需要修改MID设备外部存储器的主引导记录，才能够在启动MID设备时首先运行安装的启动引导管理程序。主引导记录的大小为512字节，而这个区域可以分为三个部分：第一部分为预启动区，占446字节；第二部分是分区表区，占64个字节，硬盘中分区有多少以及每一分区的大小都记在其中；第三部分是magic number，占2个字节，固定为55AA；

本步骤见图1的第三步“修改主引导记录”，其实现方法可以选择如下两种方式之一：

2、将主引导记录预启动区的汇编代码修改为寻找活动分区的汇编代码，同时将启动引导管理程序第一阶段及剩余阶段的代码所在分区标为活动的。

第二种方式中预启动区的汇编代码一般是被MS-DOS或Windows的安装程序修改过的，只需要修改分区的引导扇区、并将分区标记为活动的即可。

这两种方式在图1中由两个分支表示。

以grub为例，进入grub命令提示符后，要先指定grub所在的分区，假设在系统IO总线顺序的第一个存储器的第一个分区，则命令如下：

grub＞root(hd0，0)

若grub所在分区为系统IO总线顺序的第二个存储器的第三个分区，则命令如下：

grub＞root(hd1，2)

如果不能确定grub所在分区，则使用下面的指令进行寻找：

grub＞find/boot/grub/stage1

然后将找到的分区作为root(hd*，*)命令的参数，执行root命令。之后运行如下命令，修改存储器的主引导记录，这里仍然是假设grub所在分区为系统IO总线顺序的第一个存储器的第一个分区：

若采用第一种方式，命令如下：

grub＞setup(hd0)

该命令的作用是将主引导记录预启动区的汇编代码修改为grub的stage1。

若采用第二种方式安装，则执行下面的命令：

grub＞setup(hd0，0)

该命令的作用是修改第一个存储器的第一个分区的引导扇区为grub的stage1，并将这个分区标记为活动的。

系统启动时先将主引导记录装入内存运行。假如使用上面第一种方式安装，grub安装在主引导记录中，那样grub的stage1直接调入内存，这个时候是不需要将grub其他文件所在的主分区设为活动分区的，grub会自动找到其他文件。假如主引导记录是MS-DOS或Windows修改过的，对应于上面的第二种方式安装，它的作用是搜索主分区表中标志为活动的分区，那么这个时候就必须把grub文件所在的主分区设置为活动的分区，才能正常启动，主引导记录将控制权交给活动分区的引导扇区，也就是grub的stage1，从而来引导整个系统。

4)配置多操作系统启动参数

对于可以直接引导的内核类型，需要在配置文件中指明内核文件所在的目录和文件名，启动内核所需要的参数，附加的模块镜像所在目录和文件名；对于不能直接引导的内核类型，要在配置文件中指明可以引导这种内核类型的引导程序所在分区，并标明需要链式启动该引导程序。

对多个操作系统内核，需要逐一配置它们参数，因此在图中是顺序的关系。

以grub为例，对于Linux系统一般需要指明kernel参数，同时附加root参数，举例如下：

kernel/vmlinuz root＝/dev/sda1

一般还有模块镜像文件，如下：

initrd/initrd

对于Windows系统，需要链式启动，参数如下：

rootnoverify(hd0，0)

chainloader+1

makeactive

如果Windows系统的引导程序不在第一个硬盘，之前还需要进行一次磁盘虚拟交换，假设Windows引导程序在第二个磁盘，则：

grub＞map(hd0)(hd1)

grub＞map(hd1)(hd0)

在修改完grub的配置文件之后，在MID设备启动时会首先进入grub启动引导管理程序。在grub界面中用户可以选择性的启动已经安装的操作系统。当用户需要切换运行的操作系统时，需要重新启动MID设备，然后在grub中选择所需操作系统即可。

Claims

1.MID多操作系统并行方法，其特征在于包括如下步骤：

1)根据安装的操作系统类型和操作系统数量，在MID设备外部存储器上划分出相应数量的操作系统空间，然后对各分区进行格式化操作；

2)安装启动引导管理程序，将启动引导管理程序的二进制可执行文件和配置文件拷贝到特定分区的根目录下；

3)修改MID设备外部存储器的主引导记录，以达到MID设备启动时可以直接进入启动引导管理程序的目的；

4)配置多操作系统启动参数，使用户可以在启动引导管理程序中选择并启动需要启动的操作系统，以达到多操作系统可以在MID设备上并行共存，并可以在MID启动时切换的目的。

2.如权利要求1所述的MID多操作系统并行方法，其特征在于，所述的修改MID设备外部存储器的主引导记录，包括如下两种方式之一：

1)将主引导记录预启动区的汇编代码修改为启动引导管理程序的第一阶段的代码；

2)将主引导记录预启动区的汇编代码修改为寻找活动分区的汇编代码，同时将启动引导管理程序第一阶段及剩余阶段的代码所在分区标为活动的。

3.如权利要求1所述的MID多操作系统并行方法，其特征在于，所述的安装启动引导管理程序包括如下两个阶段：

1)第一阶段：初始化硬件设备，为启动引导管理程序第二阶段准备好内存空间并初始化堆栈；这部分内容由汇编实现；

2)第二阶段：设置系统时钟，设置内存地址翻译表并初始化内存管理单元，设置内核启动参数并将内核映像由外部存储器拷贝到相应的系统内存中，最后跳转到内核的入口点。

4.如权利要求1所述的MID多操作系统并行方法，其特征在于，所述配置多操作系统启动参数包括如下两种方式：

对于可直接引导的内核类型，要在配置文件中指明内核文件所在的目录和文件名，启动内核所需要的参数，附加的模块镜像所在目录和文件名；

对于不能直接引导的内核类型，要在配置文件中指明可以引导这种内核类型的引导程序所在分区，并标明需要链式启动该引导程序。

5.如权利要求1所述的MID多操作系统并行方法，其特征在于，对于grub启动引导管理程序，其二进制可执行文件包括：stage1、stage2、*stage1_5，所述*指stage2文件所在分区的文件系统格式，对于不同的文件系统格式，使用不同的stage1_5文件；配置文件包括：menu.lst。