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第一个是大家非常熟悉的BIOS#xff08;基本输入输出系统#xff09;#xff0c;BIOS是直接与硬…系统启动过程

预引导(Pre-Boot)阶段

首先让我们来了解一些基本概念。

第一个是大家非常熟悉的BIOS基本输入输出系统BIOS是直接与硬件打交道的底层代码它为操作系统提供了控制硬件设备的基本功能。

BIOS包括有系统BIOS即常说的主板BIOS、显卡BIOS和其它设备例如IDE控制器、SCSI卡或网卡等的BIOS其中系统BIOS是本文要讨论的主角因为计算机的启动过程正是在它的控制下进行的。

BIOS一般被存放在ROM(只读存储芯片)之中即使在关机或掉电以后这些代码也不会消失。

第二个基本概念是内存的地址我们的机器中现在一般安装有128MB或256MB甚至更大容量的内存这些内存的每一个字节都被赋予了一个地址以便CPU访问内存。

32MB的地址范围用十六进制数表示就是01FFFFFFH其中0FFFFFH的低端1MB内存非常特殊因为最初的8086处理器能够访问的内存最大只有1MB这1MB的低端640KB被称为基本内存而A0000HBFFFFH要保留给显示卡的显存使用C0000HFFFFFH则被保留给BIOS使用其中系统BIOS一般占用了最后的64KB或更多一点的空间显卡BIOS一般在C0000HC7FFFH处IDE控制器的BIOS在C8000HCBFFFH处。

第一步

当我们按下电源开关时电源就开始向主板和其它设备供电此时电压还不太稳定主板上的控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET重置信号让CPU内部自动恢复到初始状态但CPU在此刻不会马上执行指令。

当芯片组检测到电源已经开始稳定供电了当然从不稳定到稳定的过程只是一瞬间的事情它便撤去RESET信号如果是手工按下计算机面板上的Reset按钮来重启机器那么松开该按钮时芯片组就会撤去RESET信号CPU马上就从地址FFFF0H处开始执行指令从前面的介绍可知这个地址实际上在系统BIOS的地址范围内无论是Award

BIOS放在这里的只是一条跳转指令跳到系统BIOS中真正的启动代码处。

第二步

系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POSTPowerOn

Self

Test加电后自检POST的主要任务是检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作例如内存和显卡等设备。

由于POST是最早进行的检测过程此时显卡还没有初始化如果系统BIOS在进行POST的过程中发现了一些致命错误例如没有找到内存或者内存有问题此时只会检查640K常规内存那么系统BIOS就会直接控制喇叭发声来报告错误声音的长短和次数代表了错误的类型。

在正常情况下POST过程进行得非常快我们几乎无法感觉到它的存在POST结束之后就会调用其它代码来进行更完整的硬件检测。

第三步

接下来系统BIOS将查找显卡的BIOS前面说过存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常设在C0000H处系统BIOS在这个地方找到显卡BIOS之后就调用它的初始化代码由显卡BIOS来初始化显卡此时多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息介绍生产厂商、图形芯片类型等内容不过这个画面几乎是一闪而过。

系统BIOS接着会查找其它设备的BIOS程序找到之后同样要调用这些BIOS内部的初始化代码来初始化相关的设备。

第四步

查找完所有其它设备的BIOS之后系统BIOS将显示出它自己的启动画面其中包括有系统BIOS的类型、序列号和版本号等内容。

第五步

接着系统BIOS将检测和显示CPU的类型和工作频率然后开始测试所有的RAM并同时在屏幕上显示内存测试的进度我们可以在CMOS设置中自行决定使用简单耗时少或者详细耗时多的测试方式。

第六步

内存测试通过之后系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备包括硬盘、CDROM、串口、并口、软驱等设备另外绝大多数较新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的定时参数、硬盘参数和访问模式等。

第七步

标准设备检测完毕后系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备每找到一个设备之后系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。

第八步

到这一步为止所有硬件都已经检测配置完毕了多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个表格其中概略地列出了系统中安装的各种标准硬件设备以及它们使用的资源和一些相关工作参数。

第九步

Data扩展系统配置数据。

ESCD是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的一种手段这些数据被存放在CMOS一小块特殊的RAM由主板上的电池来供电之中。

通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会更新所以不是每次启动机器时我们都能够看到“Update

ESCD…

Success”这样的信息不过某些主板的系统BIOS在保存ESCD数据时使用了与Windows系统不相同的数据格式于是Windows在它自己的启动过程中会把ESCD数据修改成自己的格式但在下一次启动机器时即使硬件配置没有发生改变系统BIOS也会把ESCD的数据格式改回来如此循环将会导致在每次启动机器时系统BIOS都要更新一遍ESCD这就是为什么有些机器在每次启动时都会显示出相关信息的原因。

第十步

ESCD更新完毕后系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。

1、系统BIOS将磁盘第一个物理扇区加载到内存读取并执行位于硬盘第一个物理扇区的MBR

2、接着将系统控制权交给MBR来进行

4、MBR将活动分区的第一个扇区中的引导扇区——分区引导记录载入到内存。

loader

1、MBR查找ntldr文件找到之后初始化NTLDR文件启动它——NT内核操作系统的启动器windows

注win98引导

在这个环节如果硬盘中安装的只有win98系统已经被加载的win98的分区引导记录和win2k这样基于NT内核的操作系统不同DOS和win9x的系统启动器——windows

loader就是分区引导记录将负责读取并执行IO.SYS这是DOS和Windows

9x的IO.SYS首先要初始化一些重要的系统数据然后就显示出我们熟悉的蓝天白云在这幅画面之下Windows将继续进行DOS部分和GUI图形用户界面部分的引导和初始化工作。

[/I]

2、MBR将控制权转交给ntldr由ntldr继续完成操作系统的启动。

MBR(Master

Record)——主引导记录位于启动磁盘的第一个扇区其中主要包含引导代码Boot

Code和分区表Partition

Table数据。

引导代码主要用于引导系统。

而分区表则主要用于标识基本分区和扩展分区。

这整个过程便是计算机在打开电源开关或按Reset键进行冷启动时所要完成的各种初始化工作如果我们在DOS下按CtrlAltDel组合键或从Windows中选择重新启动计算机来进行热启动那么POST过程将被跳过去直接从第三步开始另外第五步的检测CPU和内存测试也不会再进行。

我们可以看到无论是冷启动还是热启动系统BIOS都一次又一次地重复进行着这些我们平时并不太注意的事情然而正是这些单调的硬件检测步骤为我们能够正常使用电脑提供了基础。

引导阶段

XP将会依次经历初始引导加载器阶段、操作系统选择阶段、硬件检测阶段以及配置选择阶段这四个小的阶段。

初始引导加载器阶段

1、设置内存使用模式初始引导加载器阶段中NTLDR将为Windows

对基于X86CPU的计算机来说第一次启动的时候总是进入所谓的实模式RealMode。

在实模式下CPU的某些特性不能完全发挥这是因为它要保证同8位或16位的CPU如8086、8088相兼容。

这时系统会为MSDOS或win

9x这样的16位系统预留640KB大小的内存空间其余的内存都被看做是扩展内存。

而实模式下由于系统规格的限制无法对大容量内存进行直接存取而必须通过分段的方式完成。

对于32位的Windows

NT系统来说8位或16位的CPU显然是无用的。

对于32位的Windows

NT系统来说ntldr首先会将CPU切换到32位的模式从而确保Windows

在CPU的32位模式下可以对大容量内存进行直接存取可以将所有内存都视为可用内存而彻底抛弃了原先在8位或16位下分段存取内存的不便。

这也是为什么32位模式称作平面Flat内存模式的原因。

2、启动文件系统NTLDR执行适当的小型文件系统驱动程序ntldr

XP完成对NTFS或FAT格式的磁盘进行读写。

从而能够读取、访问和复制文件。

这时NTLDR可以识别每一个用NTFS或FAT格式的文件系统分区至此初始引导加载器阶段结束。

2011-9-26

当初始引导加载器阶段结束后将会进入操作系统选择阶段NTLDR在活动分区根的路径以便执行后面的启动流程。

读取BOOT.INI里面相应启动项的位置信息获取启动项对应的Windows

9xMENTLDR将按照Boot.ini中该启动项的信息加载BOOTSECT.DOS然后ntldr会从bootsect.dos文件中读取MBR代码然后将控制权交给bootsect.dos中的MBRBOOTSECT.DOS由NT内核操作系统的安装程序在安装操作系统时读取活动分区中已经存在的DOS或win9x系统的分区引导记录来转换生成。

如果选择了其它类别的操作系统NTLDR将按照该启动项在Boot.ini中的启动配置进行加载如我的Boot.ini中的C:\CHAIN0

如果Boot.ini文件非法或不存在那么NTLDR将会尝试从默认系统卷启动系统。

这里解释一下我的boot.ini。

C:\BOOTSECT.DOSWINDOWS

SE大家都知道啦C:\CHAIN0MAC

10.4.5操作系统CHAIN0像上边说的bootsect.dos一样也是一个引导启动的转储文件。

C:\GHLDR一键GHOST

同上边一样GHLDR也是这个工具的一个引导启动的转储文件。

看到这里你应该比较明白一点了吧

比如你装了Linux使用工具把Linux的引导扇区记录做成转储文件然后放到NTLDR所在的分区根下发现有Hiberfil.sys文件且该文件有效那么NTLDR将读取Hiberfil.sys文件里的信息并让系统恢复到休眠以前的状态这时并不处理Boot.ini文件。

Hiberfil.sys文件是在XP系统启用休眠时生成的内存转储文件。

安装程序创建一般为512

2003附带的版本。

所以安装多系统时要按照从低到高的版本顺序。

比如装了XP之后再装20002000会用自己的NTLDR来覆盖原有的XP的NTLDR这时XP就不能启动了——2000的NTLDR不能引导XP以及比XP更高版本的系统。

5、从Windows

开始操作系统安装程序在安装的时候将检测硬盘上活动分区中NTLDR和NTDETECT.COM的版本如果发现现有的版本比安装源上的版本新的话将使用现有版本而不使用安装源上的版本。

检测硬件阶段

如果选择启动NT内核系统操作系统在加载NTDETECT.COM文件后硬件检测阶段开始。

在处理完boot.ini文件之后ntldr会启动ntdetect.com程序。

在基于X86的系统中ntdetect.com会通过调用系统固件程序收集安装的硬件信息然后由ntdetect.com将收集的计算机硬件信息列表并将列表返回到ntldr。

这样做的目的是便于以后将这些硬件信息加入到注册表HKEY_LOCAL_MACHINE下的hardware中。

Ntdetect.com

硬件检测完成后进入配置选择阶段。

Ntldr获取系统内的硬件配置文件如果计算机含有多个硬件配置文件列表可以通过按上下按钮来选择。

如果只有一个硬件配置文件计算机不显示此屏幕而直接使用默认的配置文件加载ntoskrnl.exe

程序——Windows

在引导阶段系统要用到的文件一共有NTLDRBoot.inintdetect.comntokrnl.exeNtbootdd.sysbootsect.dos可选的如果已经有的情况下这些文件默认的位置都在活动分区的根目录下。

注如果在启动的时候按F8键那么我们将会在启动菜单中看到多种选择启动模式这时NTLDR将根据用户的选择来使用启动参数加载NT内核用户也可以在Boot.ini文件里设置启动参数。

加载内核阶段

Ntldr获取从ntdetect.com发来的信息后将这些信息组织成为内部结构形式然后由ntldr

启动ntoskrnl.exe程序,并将这些信息和boot.ini文件中的信息以及注册表中的硬件和软件信息传递给ntoskrnl.exe

程序——Windows

1、将内核ntoskrnl.exe和硬件抽象层hal.dll载入到内存

在加载内核阶段ntldr加载称为内核的ntokrnl.exe但是没有将它初始化。

2、加载控制集信息

在这一过程中ntldr从注册表中HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM的位置读取select键来决定哪一个控制集Control

Set信息将被加载并确定在启动过程中要加载的设备驱动。

控制集中包含设备的驱动程序以及需要加载的服务。

3、加载设备驱动程序和服务

在这一步中系统会在BIOS的帮助下开始加载设备驱动程序以及服务。

设备驱动程序NTLDR将加载HKEY_LOCAL_MACHINE\system\service\...下start键值为0的最底层设备驱动。

当作为Control

XP的logo以及进度条显示在屏幕中央在这个阶段系统完成了启动的4项任务

1、内核使用在硬件检测时收集到的数据来创建了HKEY_LOCAL_MACHINE\HARDWARE键。

2、内核通过引用HKEY_LOCAL_MACHINE\system\Current的默认值复制Control

Control

内核初始化那些在加载内核阶段被加载的底层驱动程序然后内核扫描HKEY_LOCAL_MACHINE\system\CurrentControlSet\service\...下start键值为1的设备驱动程序。

这些设备驱动程序在加载的时候便完成初始化如果有错误发生内核使用ErrorControl键值来决定如何处理。

start键值为3时错误标志为危机/关键系统初次遇到错误会以LastKnownGood

Control

Set启动仍然产生错误系统报告启动失败错误信息将被显示系统停止启动

值为2时错误情况为严重系统启动失败并且以LastKnownGood

Control

Set重新启动如果系统启动已经在使用LastKnownGood值它会忽略错误并且继续启动

当值是1的时候错误为普通系统会产生一个错误信息但是仍然会忽略这个错误并且继续启动当值是0的时候忽略系统不会显示任何错误信息而继续运行

4、启动会话管理器Session

4启动了控制所有输入、输出设备以及访问显示器屏幕Win32子系统

用户登录阶段

子系统会启动winlogon.exe这是一个系统服务用于提供对Windows

1、启动服务子系统services.exe也称服务控制管理器Service

Control

Professional欢迎屏幕或者登陆对话框显示这时候系统还可能在后台继续初始化刚才没有完成的驱动程序。

3、在开始登录提示的时候对CrtlAltDel组合键进行分析处理。

4、调用一个图形化的识别和认证组件提示输入有效的用户名或密码收集用户的帐号和密码然后将这些信息安全地传送给LSA以进行认证处理。

如果用户提供的信息是正确的能够通过认证就允许用户对系统进行访问。

要注意的是如果您的计算机中只有Administrator这一个用户那么在欢迎屏幕中就会显示Administrator

用户项。

如果您的计算机中不仅有Administrator用户还有别的可以交互登录的用户那么欢迎屏幕中就只显示出Administrator之外的用户而不显示Administrator用户。

如果用户希望以Administrator用户登录该怎么办呢实际很简单直接在欢迎屏幕中按下两次CrtlAltDel组合键即可打开标准的登录窗口可以再输入Administrator

Service

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Servives来检查是否还有服务需要加载Service

Controller查找start键值为2或更高的服务服务按照start的值以及DependOnGroup和DepandOnService的值来加载。

对即插即用设备的检测实际上是和登录过程异步进行的。

由系统固件、硬件、设备驱动和系统特性决定了Windows

XP如何对新设备进行检测和枚举。

当即插即用组件正常工作后Windows

XP会对新设备进行检测为它们分配系统资源并在尽量不要用户提供选择的情况下为新设备安装一个合适版本的驱动程序。

启动完成