启动过程

从打开电源到开始操作,计算机的启动是一个非常复杂的过程

  • 第一阶段:BIOS
  • 第二阶段:主引导记录
  • 第三阶段:硬盘启动
  • 第四阶段:操作系统

BIOS

  • 上个世纪70年代初,"只读内存"(read-only memory,缩写为ROM)发明
  • 开机程序被刷入ROM芯片,计算机通电后,第一件事就是读取它
  • 这块芯片里的程序叫做"基本输入输出系统",简称为BIOS

基本输入输出系统(Basic Input/Output System)

硬件自检

BIOS程序首先检查,计算机硬件能否满足运行的基本条件,这叫做"硬件自检"(Power-On Self-Test),缩写为POST

启动顺序

硬件自检完成后,BIOS把控制权转交给下一阶段的启动程序,BIOS需要有一个外部储存设备的排序,排在前面的设备就是优先转交控制权的设备,这种排序叫做"启动顺序"(Boot Sequence)

主引导记录

启动程序会读取启动设备的第一个扇区,也就是读取最前面的512个字节,这最前面的512个字节,就叫做"主引导记录"(Master boot record,缩写为MBR)

主引导记录的结构

  1. 第1-446字节:调用操作系统的机器码
  2. 第447-510字节:分区表(Partition table)
  3. 第511-512字节:主引导记录签名(0x55和0xAA)

分区表

考虑到每个区可以安装不同的操作系统,"主引导记录"因此必须知道将控制权转交给哪个区

分区表的长度只有64个字节,每个主分区的16个字节,所以只能有4个主分区

  1. 第1个字节:如果为0x80,就表示该主分区是激活分区,控制权要转交给这个分区。四个主分区里面只能有一个是激活的。
  2. 第2-4个字节:主分区第一个扇区的物理位置(柱面、磁头、扇区号等等)。
  3. 第5个字节:主分区类型。
  4. 第6-8个字节:主分区最后一个扇区的物理位置。
  5. 第9-12字节:该主分区第一个扇区的逻辑地址。
  6. 第13-16字节:主分区的扇区总数。

硬盘启动

这时,计算机的控制权就要转交给硬盘的某个分区了,这里又分成三种情况

卷引导记录

四个主分区里面,只有一个是激活的。计算机会读取激活分区的第一个扇区,叫做"卷引导记录"(Volume boot record,缩写为VBR)

扩展分区和逻辑分区

随着硬盘越来越大,四个主分区已经不够了,需要更多的分区。

  • 但是,分区表只有四项,因此规定有且仅有一个区可以被定义成"扩展分区"(Extended partition)
  • 所谓"扩展分区",就是指这个区里面又分成多个区。这种分区里面的分区,就叫做"逻辑分区"(Logical partition)
  • 计算机先读取扩展分区的第一个扇区,叫做"扩展引导记录"(Extended boot record,缩写为EBR)

启动管理器

在这种情况下,计算机读取"主引导记录"前面446字节的机器码之后,不再把控制权转交给某一个分区,而是运行事先安装的"启动管理器"(boot loader),由用户选择启动哪一个操作系统

操作系统

控制权转交给操作系统后,操作系统的内核首先被载入内存,然后是一系列初始化工作

操作系统的初始化流程参考Linux的启动流程



参考

计算机是如何启动的
Linux的启动流程
Linux守护进程详解(init.d和xinetd)
Linux学习之/etc/init.d/functions详解
linux下的initlog
linux开机脚本示例

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