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1、xp系统启动过程详解 (2008-1-23 9:15:20) 363人次浏览 来源:vvxiong 社区查看 -系统启动过程详解 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
2、。 第二个基本概念是内存的地址,我们的机器中一般安装有32MB、64MB或128MB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C8000HC
3、BFFFH处。 好了,下面我们就来仔细看看计算机的启动过程吧。 1 windows 9x 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
4、际上在系统 BIOS的地址范围内,无论是Award BIOS还是AMI 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POST(PowerOn 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
5、 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
6、: 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
7、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: 接下来系统 BIOS将更新ESCD(Extended System Configuration 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
8、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 9x不相同的数据格式,于是Windows 9x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
9、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。以从C盘启动为例,系统BIOS将读取并执行硬 盘上的主引导记录,主引导记录接着从分区表中找到第一个活动分区,然后读取并执行这个 活动分区的分区引导记录,而分区引导记录将负责读取并执行IO.SYS,这是DOS和Windows 9x最基本的系统文件。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
10、。 如果系统之中安装有引导多种操作系统的工具软件,通常主引导记录将被替换成该软件的引导代码,这些代码将允许用户选择一种操作系统,然后读取并执行该操作系统的基本引导代 码(DOS 和Windows的基本引导代码就是分区引导记录) 。 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。 2 windows nt 第一步: 首先计算机通电进行自检,并由 BIOS (即基本输入输出系统)完成基本硬件配置, 然后读取硬盘的MBR(主引导记录)检查硬盘分区表以
11、确定引导分区,并将引导分区上的操作 系统引导扇区调入内存中执行,此处即执行NTLDR(操作系统加载器)文件。 Windows2000/XP支持多重启动。它在安装时会首先将已存在的其它操作系统引导扇区保存 为BOOTSECT.DOS文件(位于活动分区根目录下),并修改系统引导扇区,以便系统启动时加载 NTLDR文件,从而达到多重启动的目的。而Windows98则不具备这个功能,因此如果先装好 Windows2000/XP后再装Windows98会破坏掉Windows2000/XP的引导记录,导致2000/XP不 能启动。 第二步: 进行出始化,NTLDR会把处理器从实模式转换为32位保护模式。
12、第三步: 读取BOOT.INI文件。该文件位于活动分区根目录下,它的作用是使系统在启动过 程中出现选择菜单,由用户选择希望启动的操作系统。如果选择启动Windows2000/XP,NTLDR 会继续引导进行以下过程;如果选择为非Windows2000/XP系统,NTLDR则会读取系统引导扇 区副本BOTSECT.DOS转入启动相应系统。 BOOT LOADER即操作系统加载器,指定系统选择菜单默认等待时间和默认引导的操作系统。 可手工修改或在控制面板中修改,为了保险起见,建议在控制面板中修改。依次选择控制面 板-系统-高级-启动和故障恢复,即可更改相关设置。(在WindowsXP中还有另一种方
13、 法,即运行msconfig(系统配置实用程序) 。 OPERATING SYSTEMS段指定操作系统列表,由双引号括起来的部分就是列表所显示的内容, 可任意修改,使其更加个性化。 形如MULTI(0)DISK(0)RDISK(0)PARTITION(1)格式的语句被称为ARC路径,它的格式为: MULTI()指定磁盘控制器(若为SCSI控制器,则此处应替换为SCSI();DISK()指定 SCSI设备编号(对于MULTI该处值始终为0);RDISK()指定IDE设备编号(对于SCSI,此 处被忽略);PARTITION()指定分区编号。除分区编号由1开始外,其余编号均从0开始。参数/FAST
14、DETECT表示禁用串行鼠标检测,是系统默认值。还有几个常见参数:MAXMEM指 定Windows2000/XP可用内存容量;BASEVIDEO使用标准VGA显示驱动程序;NOGUIBOOT 启动过程中不显示图形屏幕;SOS加载设备驱动程序时显示其名称。 在操作系统选择菜单中的中文字体由位于活动分区根目录下的BOOTFONT.BIN文件提供。 第四步: 系统加载NTDETECT.COM文件。由它来检测机器硬件,如并行端口,显示适配器等等,并 将收集到的硬件列表返回NTLDR用于以后在注册表中注册保存。 第五步: 如果Windows2000/XP有多个硬件配置文件,此时会出现选择菜单,等待用户确
15、定要 使用的硬件配置文件,否则直接跳过此步,启用默认配置。硬件配置文件是指保存计算机特定 硬件配置的系统文件。可以创建多个不同的硬件配置文件以满足计算机在不同场合的应用。 可以依次选择控制面板-系统-硬件-硬件配置文件作出修改。 第六步: 引导过程开始装载Windows2000/XP内核NTOSKRNL.EXE。这个文件位于 Windows2000/XP安装文件夹下的SYSTEM32文件夹中。随后,硬件抽象层(HAL)被引导进程加 载,完成本步骤。 硬件抽象层(HAL):隐藏特定平台的硬件接口细节,为操作系统提供虚拟硬件平台,使其具有硬 件无关性,可在多种平台上进行移植。 第七步: 内核完成初
16、始化,NTLDR将控制权转交Windows2000/XP内核,后者开始装载并初始 化设备驱动程序,以及启动WIN32子系统和WINDOWS2000/XP服务。 第八步: 开始登录进程。由WIN32子系统启动WINLOGON.EXE,并由它启动LOCAL SECURITY AUTHORITY(LSASS.EXE)显示登录对话框。用户登录后,WINDOWS2000/XP会继续配置网络设备 和用户环境。最后,伴随着微软之声和我们熟悉的个性化桌面,WINDOWS2000/XP漫长的启动 过程终于完成。 3 linux 第一步: 硬件检测。当机器加电后它首先执行BIOS(基本输入输出系统)中的代码,BIOS首 先执行加电自检程序(POST),当自检通过程便完成了硬件的启动。POST程序通过对