`

(转)计算机是如何启动的

 
阅读更多

转载自:阮一峰的网络日志

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。

我一直搞不清楚,这个过程到底是怎么回事,只看见屏幕快速滚动各种提示...... 这几天,我查了一些资料,试图搞懂它。下面就是我整理的笔记。

零、boot的含义

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。

计算机的整个启动过程分成四个阶段。

一、第一阶段: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"基本輸出輸入系統"(Basic Input/Output System),简称为BIOS

1.1 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

如果硬件出现问题,主板会发出不同含义的蜂鸣,启动中止。如果没有问题,屏幕就会显示出CPU、内存、硬盘等信息。

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)。

打开BIOS的操作界面,里面有一项就是"设定启动顺序"。

二、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)。

2.1 主引导记录的结构

"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。

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

三、第三阶段: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。

3.1 情况A:卷引导记录

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。

3.2 情况B: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)。它里面也包含一张64字节的分区表,但是最多只有两项(也就是两个逻辑分区)。

计算机接着读取第二个逻辑分区的第一个扇区,再从里面的分区表中找到第三个逻辑分区的位置,以此类推,直到某个逻辑分区的分区表只包含它自身为止(即只有一个分区项)。因此,扩展分区可以包含无数个逻辑分区。

但是,似乎很少通过这种方式启动操作系统。如果操作系统确实安装在扩展分区,一般采用下一种方式启动。

3.3 情况C: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。

Linux环境中,目前最流行的启动管理器是Grub

四、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。

分享到:
评论

相关推荐

    实验室管理系统 微信小程序+SSM毕业设计 源码+数据库+论文+启动教程.zip

    实验室管理系统 微信小程序+SSM毕业设计 源码+数据库+论文+启动教程 项目启动教程:https://www.bilibili.com/video/BV1BfB2YYEnS

    基于java的苹果网吧计费管理系统设计与实现.docx

    基于java的苹果网吧计费管理系统设计与实现.docx

    纸中世界-跳跃游戏.sb3

    纸中世界-跳跃游戏.sb3

    Keysight 网络分析仪新建校准件操作指导

    本操作指导用于在 ENA 系列网络分析仪 E5080B 上自定义校准件。目前 Keysight 网络分析仪的 PNA 系列 N52xxB、P50xx 系列、P937x 系列、PXI 板卡式网分以及 ENA 系列的 E5080B、E5081B 的操作界面均统一到如下界面,操作方式相同。

    调查海域浮游动物各类群栖息密度的空间分布表格.docx

    调查海域浮游动物各类群栖息密度的空间分布表格.docx

    ssm框架Java项目源码-高校毕业生就业管理系统+jsp毕设-大作业.zip

    本项目“高校毕业生就业管理系统”是一套基于SSM框架(Spring+SpringMVC+MyBatis)精心开发的Java Web应用,旨在为高校毕业生、高校就业指导部门以及企业用户提供一个高效、便捷的就业信息管理平台。 系统主要功能包括:学生用户可以查看和发布个人简历,搜索并筛选合适的工作岗位,申请心仪的职位;企业用户可以发布招聘信息,筛选和查看应聘者的简历,进行面试邀请等操作;高校就业指导部门则可以对学生的就业情况进行统计和分析,以更好地提供就业指导服务。 此外,系统采用了B/S架构,用户只需通过浏览器即可访问,无需安装客户端软件,方便快捷。数据库设计合理,数据存储安全,系统性能稳定。 本项目的开发,不仅为计算机相关专业的学生提供了一个实践SSM框架的好机会,帮助他们更好地理解和掌握Java Web开发技术,还能有效提升高校毕业生的就业效率和质量。

    使用 Python 进行视频编辑.zip

    电影剪辑 笔记MoviePy 最近升级到 v2.0,引入了重大的重大变化。有关如何更新 v2.0 代码的更多信息,请参阅本指南。MoviePy(在线文档在此处)是一个用于视频编辑的 Python 库剪切、连接、插入标题、视频合成(又名非线性编辑)、视频处理和创建自定义效果。MoviePy 可以读取和写入所有最常见的音频和视频格式,包括 GIF,并且可以在 Windows/Mac/Linux 上运行,并搭载 Python 3.9+。例子在此示例中,我们打开一个视频文件,选择 10 到 20 秒之间的子剪辑,在屏幕中心添加标题,然后将结果写入新文件# Import everything needed to edit video clipsfrom moviepy import *# Load file example.mp4 and keep only the subclip from 00:00:10 to 00:00:20clip = VideoFileClip("long_examples/example2.mp4").with_subcl

    基于java的视频播放器系统设计与实现.docx

    基于java的视频播放器系统设计与实现.docx

    基于java的车辆出租管理系统设计与实现.docx

    基于java的车辆出租管理系统设计与实现.docx

    mqtt等协议的pcap文件

    mqtt等协议的pcap文件

    小白的Python入门教程部分章节源码.zip

    学习python

    修木工施工规范及流程.docx

    修木工施工规范及流程.docx

    适用于 Windows,Linux 和 Python 3 (3.5,3.6,3.7) 的 Tensorflow Faster R-CNN.zip

    适用于 Windows/Linux 和 Python 3 (3.5/3.6/3.7) 的 Tensorflow Faster R-CNNtf-faster-rcnn使用 Python 3 在 Windows 和 Linux 上使用 Tensorflow Faster R-CNN这是在 Windows 和 Linux 上编译 Faster R-CNN 的分支。它深受这里和这里的出色工作的启发。目前,此存储库支持 Python 3.5、3.6 和 3.7。感谢@morpheusthewhite请注意我没有时间或意图修复此分支的所有问题,因为我不将其用于商业用途。我创建此分支只是为了好玩。如果您想做出任何承诺,我们非常欢迎。Tensorflow 已经发布了一个对象检测 API。请参考它。https: //github.com/tensorflow/models/tree/master/research/object_detection如何使用此分支安装 tensorflow,最好是 GPU 版本。按照说明操作。如果没有安装 GPU 版本,则需要注释掉代码中的所有 GP

    章节2:编程基本概念之python程序的构成

    Python是一种高级、解释型、面向对象的编程语言,以其简洁的语法、强大的功能和广泛的应用领域而著称。它无需事先编译,代码在运行时逐行解释执行,提供了极大的灵活性和快速开发的能力。Python支持多种数据类型,包括整数、浮点数、字符串、布尔值、列表、元组、字典和集合等,以及丰富的操作符和流程控制结构,使得开发者可以编写出复杂且灵活的代码。 Python拥有一个广泛的标准库,涵盖了文件操作、网络通信、文本处理、正则表达式、数学运算等多个领域,为开发者提供了大量的模块和函数。此外,Python还拥有丰富的第三方库,如NumPy、Pandas、Matplotlib等用于数据分析和可视化的库,以及Django、Flask等用于Web开发的框架,这些库和框架进一步扩展了Python的应用领域和功能。 Python在Web开发、数据科学、人工智能、自动化运维和游戏开发等多个领域都有广泛的应用。在Web开发方面,Python提供了Django和Flask等强大的Web框架,使得开发者可以轻松地开发出各种Web应用和网站。在数据科学领域,Python是数据科学家的首选工具,其强大的数据处理能力和丰

    毕设源码-基于python的西西家居全屋定制系统的设计与实现_ijsj--论文-期末大作业+说明文档.rar

    本项目是基于Python语言开发的西西家居全屋定制系统,旨在为家居行业提供一个高效、智能的定制解决方案。项目涵盖了从客户需求分析、设计方案生成、材料选购到最终订单生成的全过程,力求实现家居定制的数字化和智能化。 在主要功能方面,系统具备强大的客户管理模块,能够详细记录和分析客户的定制需求。设计模块则采用先进的三维建模技术,为客户提供直观、真实的家居设计方案预览。此外,系统还整合了丰富的材料数据库,方便客户根据自身喜好和预算进行材料选择。 框架方面,项目采用了B/S架构,确保了系统的稳定性和可扩展性。后端使用Python的Django框架,前端则结合了HTML、CSS和JavaScript等技术,实现了用户界面的友好和响应速度。 开发此项目的目的,不仅是为了满足家居行业对个性化定制的需求,也为计算机相关专业的学生提供了一个实践和学习的平台,有助于提升他们的实际开发能力。

    简单连接到 Binance Public API.zip

    Binance公共API连接器Python 这是一个轻量级库,可作为Binance 公共 API的连接器支持的 API/api/*/sapi/*现货 Websocket 市场动态现货用户数据流现货 WebSocket API包含测试用例和示例可定制的基本 URL、请求超时和 HTTP 代理可以显示响应元数据安装pip install binance-connector文档https://binance-connector.readthedocs.ioRESTful API使用示例from binance.spot import Spotclient = Spot()# Get server timestampprint(client.time())# Get klines of BTCUSDT at 1m intervalprint(client.klines("BTCUSDT", "1m"))# Get last 10 klines of BNBUSDT at 1h intervalprint(client.k

    离线安装eclipse的aptana插件详细中文最新版本

    Aptana是一个非常强大,开源,JavaScript-focused的AJAX开发IDE。 Aptana的特点包括: 1JavaScript,HTML,CSS语言的Code Assist功能。 2Outliner(大纲):显示JavaScript,HTML和CSS的代码结构。

    学习自律养成小程序 微信小程序+SSM毕业设计 源码+数据库+论文+启动教程.zip

    学习自律养成小程序 微信小程序+SSM毕业设计 源码+数据库+论文+启动教程 项目启动教程:https://www.bilibili.com/video/BV1BfB2YYEnS

    认知能力评估表.docx

    认知能力评估表.docx

    数学建模学习资料 粒子群算法 先进算法讲义.pdf

    数学建模学习资料 粒子群算法 先进算法讲义.pdf

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics