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1、Windows操作系统的启动过程详解 编辑作者 lznetshn 杨老师 职业 计算机维修教师E mail lznetshn163工作地 昆明 Windows启动原理 WindowsXP是基于NT技术的操作系统 它的启动过程同WindowsNT和Windows2000基本相同WindowsXP的启动过程 主要包括以下几个步骤 电源开启自检过程 初始化启动过程 引导程序载入过程 检测和配置硬件过程 内核加载过程 用户登录过程 即插即用设备的检测过程 一 电源开启自检过程 1 在打开计算机电源时 首先开始电源启动自检过程 从BIOS中载入必要的指令 然后进行如下一系列的自检操作 2 进行硬件的初始
2、化检查 例如检查内存的容量等 3 验证用于启动操作系统的设备是否正常 例如 检查硬盘是否存在等 4 从CMOS中读取系统配置信息 例如 当前计算机硬件信息 用户设置信号 磁盘引导顺序 引导密码等 5 注 在完成了电源启动的自检之后 每个带有固件的硬件设备 如显卡和磁盘控制器 都会根据需要完成内部的自检操作 二 初始化启动过程 在完成了电源启动自检过程之后 存储在CMOS中的设置 例如磁盘的引导顺序等 能够决定由哪些设备来引导计算机 例如 可以设置磁盘的引导顺序为首先通过A盘引导 其次才通过C盘引导 则系统会首先尝试用A盘引导系统 如果A盘存在并可引导 则通过A盘引导 如果A盘不存在 则通过C盘
3、引导系统 如果A盘存在 但不是引导盘 则系统地提示系统不可引导 一般来说通常会使用硬盘引导 在进行硬盘引导时 启动过程通常按照如下的步骤进行 1 系统首先检测打开硬盘电源 2 若该硬盘是启动盘 BIOS就将主引导记录 MainBootRecord MBR 中的引导代码载入内存 3 接着 BIOS会将启动过程的运行交给MBR来进行 4 计算机搜索MBR中的分区表 找出活动分区 ActivePartition 5 计算机将活动分区的第一个扇区中的引导代码载入到内存 6 引导代码检测当前使用的文件系统是否可用 7 引导代码查找ntldr文件 找到之后启动它 8 BIOS将控制权转交给ntldr 由n
4、tldr完成操作系统的启动 注意 这里简单介绍一下MBR的概念 MBR位于启动磁盘的第一个扇区 其中主要包含引导代码 BootCode 和分区表 PartitionTable 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 三 引导程序载入过程 本过程主要由ntldr文件完成 Ntldr从引导分区载入启动文件 然后完成如下一些任务 在基于X86CPU的系统下 设置CPU的运行使用32位的Flat内存模式对基于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
5、如8086 8088 相兼容 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WindowsXP来说 8位或16位的CPU显然是无用的 ntldr首先会将CPU切换到32位的模式 从而确保WindowsXP的正常 在CPU的32位模式下 可以对大容量内存进行直接存取 而彻底抛弃了原先在8位或16位下分段存取内存的不便 启动文件系统ntldr中包含相应的代码 能够帮助WindowsXP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 3 读取boot ini文件在boot ini中 其内容包括 bootloader timeo
6、ut 30default multi 0 disk 0 rdisk 0 partition 1 WINDOWS operatingsystems multi 0 disk 0 rdisk 0 partition 1 WINDOWS MicrosoftWindowsXPProfessional fastdetectmulti 0 disk 0 rdisk 0 partition 2 WINNT WindowsWindows2000Professional Multi表示一个非SCSI硬盘设备或一个由SCSIBIOS访问的SCSI硬盘 该文段也可为SCSI 这是其意思为一个由SCSIBIOS禁止的
7、硬盘 0 是硬件适配卡序号 数字不一定是0 Disk 0 表示SCSI总线号 数字不一定是0 如果前面是Multi则这项永远为disk 0 数字不改变 Rdisk 0 表示硬盘的序号 Partition 3 为分区序号 MicrosoftWindowsXPProfessional 这部分内容就是开机显示列表时本系统的名称 可以任意修改 支持中文 NTLDR就是从这里查找WindowsXPProfessional的系统文件的位置的 若没有选择 系统从第一个操作系统开始引导 注 1 对于单引导的系统来说 ntldr会通过启动ntdetect来初始化硬件检测状态 2 对于多引导系统来说 首先由用户在
8、操作系统菜单中选择要启动的操作系统然后而由ntldr进行相应的操作 3 如果选择启动旧式的微软操作系统 如MS DOS Windows9x ME ntldr会将从bootsect dos文件中读取MBR代码 然后将控制权交给bootsect dos中的MBR 4 根据需要提供启动菜单在这一步 如果用户按下F8键 则会显示启动菜单 允许用户选择不同的启动方式 例如使用安全方式启动 或是使用最后一次正确的配置启动等 检测硬件和硬件配置在这一步中 ntldr启动ntdetect文件进行基本的设备检查 然后将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
9、注 ntoskrnl exe 该文件在 windows system32中 如果损坏 可以从 WINDOWS system32 dllcache目录中找到后 在DOS状态下Copy恢复 该文件属性为 系统 隐藏 只读 不能Copy时用attrib修改后再copy 再将 WINDOWS system32 dllcache目录中的ntoskrnl exe文件改回系统 隐藏 只读即可 四 检测和配置硬件过程 在处理完boot ini文件之后 ntldr会启动ntdetect程序 在基于X86的系统中 ntdetect会通过调用系统固件程序收集安装的硬件信息 然后由ntdetect将这些信息传递送回n
10、tldr Ntldr获取从ntdetect发来的信息后 将这些信息组织成为内部的断气结构形式 然后由ntldr启动ntoskrnl exe 并将这些信息发送给它 Ntdetect会收集如下类型的硬件信息 1 系统固件信息 例如时间和日期等2 总线适配器的类型3 显卡适配器的类型4 键盘5 通信端口6 磁盘7 软盘8 输入设备 例如鼠标9 并口10 安装在ISA槽中的ISA设备11 完成信息的检测之后 WindowsXP会在屏幕上显示那个著名的WindowsXP商标 并显示一个滚动的 告诉用户Windows的启动进程 五 内核加载过程 将内核 ntoskrnl exe 和硬件抽象层 hal dl
11、l 载入到内存加载控制集信息在这一过程中 ntldr从注册表中的HKEY LOCAL MACHINE SYSTEM位置加载相应的控制集 ControlSet 信息 并确定在启动过程中要加载的设备驱动 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 启动会话管理器完成上面的过程之后 内核会启动会话管理器 SessionManager 这是一个名为smss exe的程序 其作用表现如下 创建系统环境变量创建虚拟内存页面文件 六 用户登录过程 在这一过程中 Windows子系统会启动winlogon exe 这是一个系统服务 用于提供对Windows用户的登
12、录和注销的支持 Winlogon exe可以完成如下一些工作 1 启动服务子系统 services exe 也称服务控制管理器 ServiceControlManager SCM 2 启动本地安全授权 LocalSecurityAuthority LSA 过程 lsass exe 3 在开始登录提示的时候 对Crtl Alt Del组合键进行分析处理 4 一个图形化的识别和认证组件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
13、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 直接在欢迎屏幕中按下两次Crtl Alt Del组合键 即可打开标准的登录窗口 可以再输入Administrator的用户名和密码 以便用最高管理员的身份登录 七 即插即用设备的检测过程 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WindowsXP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 Windo
14、wsXP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 八 加载系统服务程序 实际上也是和登录过程异步进行的 这时系统在加载各种服务程序 以便为操作用户提供操作平台 在加载完成explorer exe服务程序时 就可以看到WindowsXP桌面 注 explorer exe 该文件的所在位置 WINDOWS 如果损坏 可以从 WINDOWS system32 dllcache目录中找到后 在DOS状态下Copy恢复 该文件属性为 系统 隐藏 只读 不能Copy时用attrib修改后再copy 再将 WINDOWS system32 dllcache目录中的ntoskrnl exe文件改回系统 隐藏 只读即可 九 加载用户附加启动程序 这些程序在 开始 程序 启动 文件夹中 该文件夹可以让用户自己添加需要windows启动时自动启动的应用程序 如果不需要 可以直接删除它 至此 WindowsXP已成功启动
