计算机启动分析

来源：互联网发布：网络加速器的原理编辑：程序博客网时间：2024/06/06 18:46

计算机的启动一般分为四个阶段：

BIOS程序为开机自检程序，是固化在ROM芯片中。正如其英文表达意思，Basic Input/Output System（基本输入输出系统）。

硬件自检
当计算机开机后，首先运行BIOS程序，检查计算机的硬件是否满足运行的初始化条件。若硬件出现问题，则主机会通过蜂鸣器发出不同含义的信号，而启动终止命令；若没问题，则会在屏幕上打印CPU、内存、硬盘等信息。
启动顺序
在自检结束之后，BIOS会将控制权给下一阶段启动程序。所以，一般在BIOS中的程序内存小，只负责初始化工作。此外，BIOS需要知道下一阶段启动程序放在哪。故通过设置外部存储设备的启动顺序，来优先转交其控制权。

当控制权转移到优先级第一的存储设备上后，计算机会读取该设备的第一个扇区，即最前面512个字节。
观察512个字节中最后2个字节：0x55和0xAA；
若是，则表示设备可正常启动；否则，控制权会转移到下一个存储设备。

主引导记录结构
主引导记录只有512个字节，它主要是为了告诉计算机，操作系统存在硬盘的哪个位置。其主要由三部分组成：
1-446字节，调用操作系统机器码；
447-510字节，存放分区表（将硬盘分成若干区）；
511-512字节，主引导记录签名（0x55和0xAA）。
分区表
硬盘分区之后，每个分区可以安装不同的操作系统，故主引导程序必须知道将控制权转交给哪个分区。
分区表只有64字节，其被分成4项，每项16字节。故一个硬盘最多只能由4个一级分区，也叫“主分区”。
每个分区由16字节组成：
1字节：若是0x80，则表示该分区为激活的，控制权要转交给此分区。其中，4个主分区只能有1个是激活的；
2-4字节：主分区第一个扇区的物理位置（柱面、磁头、扇区号等）；
5字节主分区类型；
6-8字节：主分区最后一个扇区的物理位置；
9-12字节：该主分区第一个扇区的逻辑地址；
13-16字节：主分区的扇区总数，决定了主分区的长度，扇区总数最多不超过2^32。
若每个扇区为512字节，则单个分区不超过2TB。由于扇区逻辑地址是32位，则硬盘可以用最大空间不超过2TB。若使用更大硬盘，则需提高扇区字节数或增加扇区总数。

此时，控制权需移交给硬盘某分区，有三种途径：

卷引导记录
四个分区只有一个处于激活状态，计算机会读取激活分区第一个扇区，即为卷引导记录VBR。其作用是为了告诉计算机，操作系统在分区中的位置，然后就去加载操作系统。
扩展分区和逻辑分区
若硬盘越来越大，此时主分区不够，故需规定有且仅有一个分区被定义为扩展分区。其中，扩展分区表示在这个区中又可分多个区。这些分区里的分区，称为逻辑分区。
若使用扩展分区，则计算机会先读取第一个扇区，即扩展引导记录EBR，其里面包含一张64字节分区表，但最多只有2项（2个逻辑分区）。在此之后，计算机又会读取第二个逻辑分区的第一个扇区，再从分区表中找出第三个逻辑分区的位置，以此类推，知道某逻辑分区只包含自身为止，即它只有一个分区项。所以说，扩展分区可以有很多个逻辑分区。
启动管理器
若通过此种方式，则计算机会读取主引导记录前446字节机器码后，不再将控制权转交给某分区，而是运行预先安装好的启动管理器。这样，由用户自己选择启动哪个操作系统。

当控制权交给操作系统后，操作系统内核会先被载入内存。然后，内存加载成功后，则运行第一个进程。如linux上的init进程，然后再用init进程加载系统的各个模块，如串口程序、网络程序及login程序，跳出登录界面为止，等待用户输入用户名和密码。

0 0