系统启动过程

Posted 2020-11-28 shanghai1918

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了系统启动过程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

博文学习地址：http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/02/booting.html 《计算机是如何启动的》

这篇文章讲的很详细，我一直对启动过程模模糊糊，但是看了后，很清晰。

先问一个问题，"启动"用英语怎么说？
回答是boot。可是，boot原来的意思是靴子，"启动"与靴子有什么关系呢？ 原来，这里的boot是bootstrap（鞋带）的缩写，它来自一句谚语：
　　"pull oneself up by one‘s bootstraps"
字面意思是"拽着鞋带把自己拉起来"，这当然是不可能的事情。最早的时候，工程师们用它来比喻，计算机启动是一个很矛盾的过程：必须先运行程序，然后计算机才能启动，但是计算机不启动就无法运行程序！
早期真的是这样，必须想尽各种办法，把一小段程序装进内存，然后计算机才能正常运行。所以，工程师们把这个过程叫做"拉鞋带"，久而久之就简称为boot了。

整个启动流程可以分为四个阶段：

第一阶段 : Bios（ Basic Input/Output System）	第二阶段：主引导记录 BIOS按照"启动顺序"，把控制权转交给排在第一位的储存设备。这时，计算机读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512个字节。如果这512个字节的最后两个字节是0x55和0xAA，表明这个设备可以用于启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被转交给"启动顺序"中的下一个设备。这最前面的512个字节，就叫做"主引导记录"（Master boot record，缩写为MBR）	第三阶段：硬盘启动上一节提到，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）。 "卷引导记录"的主要作用是，告诉计算机，操作系统在这个分区里的位置。然后，计算机就会加载操作系统了。	第四阶段：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。以Linux系统为例，先载入/boot目录下面的kernel。内核加载成功后，第一个运行的程序是/sbin/init。它根据配置文件（Debian系统是/etc/initab）产生init进程。这是Linux启动后的第一个进程，pid进程编号为1，其他进程都是它的后代。然后，init线程加载系统的各个模块，比如窗口程序和网络程序，直至执行/bin/login程序，跳出登录界面，等待用户输入用户名和密码。至此，全部启动过程完成。
1.1 硬件自检 POST（ Power-On Self-Test）：首先检查计算机硬件能否满足运行的基本条件	2.1 主引导记录： "主引导记录"只有512个字节，放不了太多东西。它的主要作用是，告诉计算机到硬盘的哪一个位置去找操作系统。主引导记录由三个部分组成：　　（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）。其中，第二部分"分区表"的作用，是将硬盘分成若干个区。
1.2 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。这时，BIOS需要知道，"下一阶段的启动程序"具体存放在哪一个设备。也就是说，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）	2.2 分区表：硬盘分区有很多好处。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，里面又分成四项，每项16个字节。所以，一个硬盘最多只能分四个一级分区，又叫做"主分区"。每个主分区的16个字节，由6个部分组成：　　（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。最后的四个字节（"主分区的扇区总数"），决定了这个主分区的长度。也就是说，一个主分区的扇区总数最多不超过2的32次方。如果每个扇区为512个字节，就意味着单个分区最大不超过2TB。再考虑到扇区的逻辑地址也是32位，所以单个硬盘可利用的空间最大也不超过2TB。如果想使用更大的硬盘，只有2个方法：一是提高每个扇区的字节数，二是增加扇区总数。

以上是关于系统启动过程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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第一阶段 : Bios（ Basic Input/Output System）	第二阶段：主引导记录 BIOS按照"启动顺序"，把控制权转交给排在第一位的储存设备。这时，计算机读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512个字节。如果这512个字节的最后两个字节是0x55和0xAA，表明这个设备可以用于启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被转交给"启动顺序"中的下一个设备。这最前面的512个字节，就叫做"主引导记录"（Master boot record，缩写为MBR）	第三阶段：硬盘启动上一节提到，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）。 "卷引导记录"的主要作用是，告诉计算机，操作系统在这个分区里的位置。然后，计算机就会加载操作系统了。	第四阶段：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。以Linux系统为例，先载入/boot目录下面的kernel。内核加载成功后，第一个运行的程序是/sbin/init。它根据配置文件（Debian系统是/etc/initab）产生init进程。这是Linux启动后的第一个进程，pid进程编号为1，其他进程都是它的后代。然后，init线程加载系统的各个模块，比如窗口程序和网络程序，直至执行/bin/login程序，跳出登录界面，等待用户输入用户名和密码。至此，全部启动过程完成。
1.1 硬件自检 POST（ Power-On Self-Test）：首先检查计算机硬件能否满足运行的基本条件	2.1 主引导记录： "主引导记录"只有512个字节，放不了太多东西。它的主要作用是，告诉计算机到硬盘的哪一个位置去找操作系统。主引导记录由三个部分组成：　　（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）。其中，第二部分"分区表"的作用，是将硬盘分成若干个区。
1.2 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。这时，BIOS需要知道，"下一阶段的启动程序"具体存放在哪一个设备。也就是说，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）	2.2 分区表：硬盘分区有很多好处。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，里面又分成四项，每项16个字节。所以，一个硬盘最多只能分四个一级分区，又叫做"主分区"。每个主分区的16个字节，由6个部分组成：　　（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。最后的四个字节（"主分区的扇区总数"），决定了这个主分区的长度。也就是说，一个主分区的扇区总数最多不超过2的32次方。如果每个扇区为512个字节，就意味着单个分区最大不超过2TB。再考虑到扇区的逻辑地址也是32位，所以单个硬盘可利用的空间最大也不超过2TB。如果想使用更大的硬盘，只有2个方法：一是提高每个扇区的字节数，二是增加扇区总数。