簡述操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過程

簡述操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過程'['[-101170641019蘭天摘要：所謂操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過程是將存放在硬盤上的靜態(tài)的操作系統(tǒng)裝載到內(nèi)存中，并開始執(zhí)行操作系統(tǒng)的過程。操作系統(tǒng)的整個引導(dǎo)過程應(yīng)該從計算機上電開始，分為以下幾個大步驟：上電、自檢、加載引導(dǎo)扇區(qū)、加載操作系統(tǒng)、運行操作系統(tǒng)。關(guān)鍵字：引導(dǎo)、運行、結(jié)構(gòu)、參數(shù)1、引言（introduction）操作系統(tǒng)是如何引導(dǎo)的呢？當(dāng)系統(tǒng)加電自檢通過以后，硬盤被復(fù)位，BIOS將根據(jù)用戶指定的啟動順序從軟盤、硬盤或光驅(qū)進行啟動。以從硬盤啟動為例，系統(tǒng)BIOS將主引導(dǎo)記錄讀入內(nèi)存。然后，將控制權(quán)交給主引導(dǎo)程序，然后檢查分區(qū)表的狀態(tài)，尋找活動的分區(qū)。最后，由主引導(dǎo)程序?qū)⒖刂茩?quán)交給活動分區(qū)的引導(dǎo)記錄，由引導(dǎo)記錄加載操作系統(tǒng)。2、相關(guān)研究：一、引導(dǎo)過程的原理與過程（一） 上電上電是指按下計算機的電源按鈕讓計算機開始加電運行。這個過程與計算機的硬件電路關(guān)系非常密切，因為計算機加電的第一個狀態(tài)是由硬件電路決定的，加電后第一個狀態(tài)主要由計算機處理器（CPU）生產(chǎn)商決定，對于x86系列的CPU,—加電就將指令寄存器設(shè)置為：Offff:OOOO,表示CPU開始從Offff:OOOO這個內(nèi)存中取出一條指令執(zhí)行，通常在0ffff:0000處是一條地址轉(zhuǎn)跳指令，轉(zhuǎn)向BIOS的入口。由于BIOS是固化在內(nèi)存中的，所以，一加電后，CPU可以直接讀取BIOS中的指令。（二） 自檢進入BIOS后，BIOS的主要功能包括以下兩項：1。 功能是進行計算機自檢2。 加載引導(dǎo)扇區(qū)。BIOS進行自檢的工作主要是檢查計算機是否出現(xiàn)異常，是否可以繼續(xù)運行下去，這一部分與引導(dǎo)過程本身關(guān)系不大，它只是引導(dǎo)過程中的一個步驟，BIOS中與引導(dǎo)關(guān)系密切的是上面提到的BIOS的第二項功能，即加載引導(dǎo)扇區(qū)，這一項工作的主要內(nèi)容是把磁盤的引導(dǎo)扇區(qū)的內(nèi)容加載到內(nèi)存中來，并且轉(zhuǎn)跳到引導(dǎo)程序的第一條指令。引導(dǎo)詳細情況BIOS將所檢查磁盤的第一個扇區(qū)（512B）載入內(nèi)存，放在0x0000:0x7c00處，如果個扇區(qū)的最后兩個字節(jié)是“55AA”，那么這就是一個引導(dǎo)扇區(qū)，這個磁盤也就是一塊可引導(dǎo)盤。通常這個大小為512B的程序就稱為引導(dǎo)程序（boot）。如果最后兩個字節(jié)不是“55AA”，那么BIOS就檢查下一個磁盤驅(qū)動器。對于DOS和WIN9X等操作系統(tǒng)而言，分區(qū)引導(dǎo)記錄將負責(zé)讀取并執(zhí)行IO.sys（Windows9x的IO.sys）。1、系統(tǒng)引導(dǎo)過程簡介系統(tǒng)引導(dǎo)過程主要由以下幾個步驟組成（以硬盤啟動為例）(1)、開機;、BIOS加電自檢(POST---PowerOnSelfTest)內(nèi)存地址為Offf:OOOO;、將硬盤第一個扇區(qū)(0頭0道1扇區(qū),也就是BootSector)讀入內(nèi)存地址0000:7c00處;、檢查(W0RD)0000:7dfe是否等于0xaa55.若不等于則轉(zhuǎn)去嘗試其他介質(zhì);如果沒有其他啟動介質(zhì),則顯示”NoROMBASIC”,然后死機;、跳轉(zhuǎn)到0000:7c00處執(zhí)行MBR中的程序；、MBR先將自己復(fù)制到0000:0600處，然后繼續(xù)執(zhí)行；、在主分區(qū)表中搜索標志為活動的分區(qū).如果發(fā)現(xiàn)沒有活動分區(qū)或者不止一個活動分區(qū),則停止;、將活動分區(qū)的第一個扇區(qū)讀入內(nèi)存地址0000:7c00處；、檢查(W0RD)0000:7dfe是否等于0xaa55，若不等于則顯示“MissingOperatingSystem”,然后停止，或嘗試軟盤啟動；、跳轉(zhuǎn)到0000:7c00處繼續(xù)執(zhí)行特定系統(tǒng)的啟動程序；(11)、啟動系統(tǒng).以上步驟中(2),(3),(4),(5)步由BIOS的引導(dǎo)程序完成;⑹,(7),(8),(9),(10)步由MBR中的引導(dǎo)程序完成.一般多系統(tǒng)引導(dǎo)程序(如SmartBootManager,BootStar,PQBoot等)都是將標準主引導(dǎo)記錄替換成自己的引導(dǎo)程序,在運行系統(tǒng)啟動程序之前讓用戶選擇想要啟動的分區(qū).而某些系統(tǒng)自帶的多系統(tǒng)引導(dǎo)程序(如LILO,NTLoader等)則可以將自己的引導(dǎo)程序放在系統(tǒng)所處分區(qū)的第一個扇區(qū)中，在Linux中即為兩個扇區(qū)的SuperBlock.注：以上步驟中使用的是標準的MBR,多系統(tǒng)引導(dǎo)程序的引導(dǎo)過程與此不同.操作系統(tǒng)的更新是相當(dāng)快速的，從DOS到WIN32、95、98、ME、XP。雖然說系統(tǒng)一直在不斷進步發(fā)展著，但其實每個操作系統(tǒng)都有各自的發(fā)展空間，也各有其的優(yōu)勢和劣勢。比如WIN98和WINME,它們的普遍特點是多媒體性能佳，支持軟硬件多，但缺點是系統(tǒng)不夠穩(wěn)定；而諸如WINNT、WIN2000等系統(tǒng)，則有比較好的穩(wěn)定性和操作性，但對系統(tǒng)要求比較高，不適合一般的初級使用。這時候，很多朋友都會有"魚和熊掌不可兼得"的感嘆。那么，能否將各種操作系統(tǒng)都安裝在一臺計算機上，并根據(jù)自己的需要任意選擇呢？當(dāng)然可以呀，這就是我們接下去要講的多系統(tǒng)共存。要讓多系統(tǒng)共存，首先要了解一些基本的原理。在上文的分區(qū)篇中，我們大概的談了一下，這里再做一番比較深入的剖析：首先要初始化一些重要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，然后就會出現(xiàn)我們非常熟悉的藍天白云。這時候，Windows將繼續(xù)進行DOS部分和GUI(圖形用戶界面)部分的引導(dǎo)和初始化工作。如果系統(tǒng)中安裝有引導(dǎo)多種操作系統(tǒng)的工具軟件，通常主引導(dǎo)記錄將被替換成該軟件的引導(dǎo)代碼。這些代碼將允許用戶選擇一種操作系統(tǒng)，然后讀取并執(zhí)行該操作系統(tǒng)的基本代碼。對于WINNT/2000來說，則由是NTLDR這個程序負責(zé)將其裝入內(nèi)存，或者讓用戶選擇非WINNT/2000操作系統(tǒng)。引導(dǎo)裝入程序和多重引導(dǎo)都由一個具有隱含屬性的初始化文件boot.ini控制。在boot.ini中包含有控制計算機可用的操作系統(tǒng)的設(shè)置，引導(dǎo)的缺省操作系統(tǒng)以及應(yīng)當(dāng)?shù)却嗌贂r間等信息。那么，我們的機會在哪里呢？俗話說的好，見縫插針。從計算機引導(dǎo)過程的描述中大家可以發(fā)現(xiàn)，我們可以人為的加一干預(yù)的地方只有兩處，一是設(shè)置物理盤的引導(dǎo)次序，二是修改主引導(dǎo)程序的分區(qū)表。（1）多硬盤的多系統(tǒng)共存：如果你采用的是多硬盤的計算機，而且每塊硬盤都安裝有不同操作系統(tǒng)時，建議你通過在CMOS中指定硬盤的啟動次序，實現(xiàn)多操作系統(tǒng)的共存。由于操作系統(tǒng)之間互不影響，所以這種方法完全不受兼容性等其他因素的影響。（2）單硬盤的系統(tǒng)共存：而如果你只有一塊硬盤，并也想在上面安裝多個操作系統(tǒng)而相互不受影響，你則必須采用修改主引導(dǎo)程序和分區(qū)表的方法來實現(xiàn)。一般有兩種方法。一是修改主引導(dǎo)記錄，在主引導(dǎo)記錄的最后用JMP指令跳到自己的代碼上來，從而控制計算機的引導(dǎo)過程；另外一種方法是修改主分區(qū)第一個扇區(qū)的引導(dǎo)代碼，以實現(xiàn)多系統(tǒng)的共存。注意事項：接下去，我們將教大家如何進行多系統(tǒng)共存的設(shè)置。不過，在開講之前，有一些基本的準則還是要告訴大家的：1．在計算機上安裝另外一個操作系統(tǒng)之前，最好能先制作一張啟動盤以備意外之需。2．每個操作系統(tǒng)必須安裝在一個獨立的磁盤驅(qū)動器或者分區(qū)上。如果你要在DOS、WIN95和WIN2000之間進行多重啟動配置，應(yīng)該最后安裝WIN2000。否則，啟動WIN2000所需要的一些重要文件可能會被覆蓋。對于WIN98和2000之間的雙重啟動配置，安裝操作系統(tǒng)不必按照特定的順序，對于在WIN2000和LINUX之間的雙重啟動配置，應(yīng)當(dāng)先安裝WIN2000，并為LINUX保留所需要的磁盤分區(qū)。要進行雙重啟動配置，應(yīng)該使用FAT文件系統(tǒng)。盡管支持在雙重啟動中使用NTFS，但這樣會提高文件系統(tǒng)的復(fù)雜程度。不要在壓縮盤上安裝WIN2000，除非該壓縮盤是由WIN2000完成的；如果計劃建立WIN95或WIN98的雙重啟動，則不必要對已經(jīng)壓縮的盤進行解壓縮。在設(shè)置了雙重啟動的計算機上，如果希望應(yīng)用程序在兩種操作系統(tǒng)上都可以運行，必須在兩種操作系統(tǒng)中都進行安裝，無法在操作系統(tǒng)之間共享應(yīng)用程序。二、硬盤結(jié)構(gòu)及參數(shù)3D參數(shù)（DiskGeometry）:CHS（Cylinder/Head/Sector）C-Cylinder柱面數(shù)表示硬盤每面盤片上有幾條磁道,最大為1024（用10個二進制位存儲）;H-Head磁頭數(shù)表示硬盤總共有幾個磁頭，也就是幾面盤片,最大為256（用8個二進制位存儲）;S-Sector扇區(qū)數(shù)表示每條磁道上有幾個扇區(qū),最大為63（用6個二進制位存儲）.1、引導(dǎo)扇區(qū)BootSector組成BootSector也就是硬盤的第一個扇區(qū),它由MBR（MasterBootRecord）,DPT（DiskPartitionTable）和BootRecordID三部分組成.MBR又稱為主引導(dǎo)記錄,占用BootSector的前446個字節(jié)（0?0xlBD）,存放系統(tǒng)主引導(dǎo)程序（它負責(zé)從活動分區(qū)中裝載并且運行系統(tǒng)引導(dǎo)程序）.DPT即主分區(qū)表占用64個字節(jié)（OxlBE?OxlFD）,記錄磁盤的基本分區(qū)信息.主分區(qū)表分為四個分區(qū)項,每項16個字節(jié),分別記錄每個主分區(qū)的信息（因此最多可以有四個主分區(qū)）.BootRecordID即引導(dǎo)區(qū)標記占用兩個字節(jié)（OxlFE?OxlFF）,對于合法引導(dǎo)區(qū),它等于0xaa55,這是判別引導(dǎo)區(qū)是否合法的標志）.BootSecor具體結(jié)構(gòu)如圖：2、分區(qū)表結(jié)構(gòu)簡介分區(qū)表由四個分區(qū)項構(gòu)成,每一項結(jié)構(gòu)如下:BYTEState:分區(qū)狀態(tài),0=未激活,0x80=激活（注意此項）；BYTEStartHead:分區(qū)起始磁頭號；WORDStartSC:分區(qū)起始扇區(qū)和柱面號，底字節(jié)的底6位為扇區(qū)號，高2位為柱面號的第9,10位,高字節(jié)為柱面號的低8位；BYTEType:分區(qū)類型，如0x0B=FAT32,0x83=Linux等,00表示此項未用；BYTEEndHead:分區(qū)結(jié)束磁頭號；WORDEndSC:分區(qū)結(jié)束扇區(qū)和柱面號，定義同前；DWORDRelative:在線性尋址方式下的分區(qū)相對扇區(qū)地址（對于基本分區(qū)即為絕對地址）；DWORDSectors:分區(qū)大?。偵葏^(qū)數(shù)）.在DOS或Windows系統(tǒng)下，基本分區(qū)必須以柱面為單位劃分（Sectors*Heads個扇區(qū)），如對于CHS為764/256/63的硬盤，分區(qū)的最小尺寸為256*63*512/1048576=7.875MB.由于硬盤的第一個扇區(qū)已經(jīng)被引導(dǎo)扇區(qū)占用,所以一般來說,硬盤的第一個磁道（0頭0道）的其余62個扇區(qū)是不會被分區(qū)占用的.某些分區(qū)軟件甚至將第一個柱面全部空出來.三大特點1。 它的大小是512B，不能多一字節(jié)也不能少一字節(jié)，因為BIOS只讀512B到內(nèi)存中去。2。 它的結(jié)尾兩字節(jié)必須是“55AA”，這是引導(dǎo)扇區(qū)的標志。3。 它總是放在磁盤的第一個扇區(qū)上（0磁頭，0磁道，1扇區(qū)），因為BIOS只讀第一個扇區(qū)。參考文獻：趙炯：《linux內(nèi)核完全注釋》男，1963年10月5日出生，江蘇蘇州人，漢族。同濟大學(xué)機械工程學(xué)院機械電子教研室副教授，從事教學(xué)和科研工作?，F(xiàn)在主要為碩士和博士研究生開設(shè)《計算機通信技術(shù)》、《計算機控制技術(shù)》、《現(xiàn)代電子學(xué)》等課程。同時參與國家自然科學(xué)基金項目“系統(tǒng)芯片在線測試與容錯技術(shù)研究”的工作。為國際計算機仿真協(xié)會、上海市通信學(xué)會會員。主要研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析與性能評估、操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和自動化系統(tǒng)中的智能控制技術(shù)。至今已發(fā)表文章幾十篇，出版書籍三本。2009-5，26（9），pp.211-214于淵：《自己動手寫操作系統(tǒng)》 本書在詳細分析操作系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，用豐富的實例代碼，一步一步地指導(dǎo)讀者用C語言和匯編語言編寫出一個具備操作系統(tǒng)基本功能的操作系統(tǒng)框架。本書不同于其他的理論型書籍，而是提供給讀者一個動手實踐的路線圖。書中講解了大量在開發(fā)操作系統(tǒng)中需注意的細節(jié)問題，這些細節(jié)不僅能使讀者更深刻地認識操作系統(tǒng)的核心原理，而且使整個開發(fā)過程少走彎路。全書共分7章。2008-8,20（8），1007-1010盧軍：《linux內(nèi)核分析與操作系統(tǒng)設(shè)計》本書巧妙地結(jié)合了Linux內(nèi)核源代碼分析、操作系統(tǒng)設(shè)計原理和操作系統(tǒng)設(shè)計實踐三個方面的內(nèi)容，在對Linux0.01內(nèi)核源代碼進行深入分析的基礎(chǔ)上，講解了操作系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和方法技巧。同時，還向讀者提供了大量的操作系統(tǒng)實踐方面的實例。通過對本書的學(xué)習(xí)，讀者可以對操作系統(tǒng)的內(nèi)核有深入的了解，掌握基本的硬件操作和控制能力，具有對操作系統(tǒng)的理解和實踐能力本書中的所有例子，都可以使用GNU編譯器來編譯，所有的工具軟件也都可以應(yīng)用到GNU的自由軟件中。本書內(nèi)竄豐富、通俗易懂、可操作性強，既可作為大學(xué)高年級本科和研究生學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)設(shè)計的輔導(dǎo)教材，也可作為計算機愛好者學(xué)習(xí)和分析Linux內(nèi)核的教材。同時，也是軟件工程師進行各類操作系統(tǒng)設(shè)計的最佳參考用書。2004-10,1(3):736-744AndrewSTanenbaum：《操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》多數(shù)操作系統(tǒng)的教材只重理論而輕實踐，本書力圖實現(xiàn)這兩者之間的平衡。本書首先詳