Этапы загрузки операционных систем

Давным-давно, когда я был маленьким работал в институтской лаборатории на большом компьютере СМ-3 (что-то вроде знаменитой PDP-11), bootstrapping (загрузка) ЭВМ выглядела так. В фотосчитыватель заправлялась коротенькая бумажная перфолента с пробитой на ней программой начальной загрузки, запускался процесс считывания, а дальше … как повезет.

Дело в том, что бумажная ленточка постепенно изнашивалась, начинала плохо читаться, и ЭВМ могла с первого раза «не завестись». В этом случае процесс нужно было повторять, порой несколько раз, до победного конца. Когда ленточка окончательно выходила из строя и машина никак не хотела «оживать», приходилось временно вводить программу начальной загрузки вручную при помощи расположенных на передней панели переключателей. Тут, главное, было не торопиться и не делать ошибок.

В современных компьютерах процесс загрузки большей частью автоматизирован, однако это не означает, что он не заслуживает того, чтобы с ним познакомиться.

Основные определения и этапы загрузки операционной системы

Включение компьютера, POST, BootMonitor

Начальный этап загрузки операционной системы после включения компьютера начинается в BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода). В настройках BIOS мы указываем загрузочное устройство, или ряд загрузочных устройств в порядке их приоритета. Возможны различные варианты загрузки и их комбинации: с жесткого диска, CD/DVD – диска, USB-flash и другие.

Сразу после прохождения POST (Power-On Self-Test — самотестирование после включения) BIOS компьютера начнет поочередно перебирать указанные загрузочные устройства до тех пор, пока на одном из них не найдет подходящую специальную запись, в которой содержится информация о дальнейших действиях.

Загрузчик 1-го уровня. Master Boot Record

Master Boot Record — главная загрузочная запись, расположена в первых физических секторах загрузочных устройств хранения. Она содержит таблицу разделов (Partition Table) и исполняемый код.

Главной задачей программы, записанной в MBR, является поиск активного системного раздела диска и передача управления его загрузочному сектору. Таким образом, эту стадию можно назвать подготовительной, в силу того, что непосредственно загрузки самой ОС еще не происходит.

Системным принято называть раздел диска (устройства хранения) на котором расположены файлы операционной системы, отвечающие за процесс загрузки ОС (сама операционная система может размещаться в другом разделе). В принципе, системных разделов может быть несколько, поэтому один из них отмечается как активный. Именно его ищет программа, загруженная с MBR.

Загрузчик 2-го уровня. Partition Boot Sector

Следующим этапом загрузки компьютера является передача управления исполняемому коду, записанному в PBS (Partition Boot Sector — загрузочный сектор активного раздела). PBS расположен в первом секторе (секторах) соответствующего раздела диска. В коде PBS прописано имя файла загрузчика операционной системы, которому и передается управление на этом этапе.

Начальный этап загрузки операционной системы. Менеджер загрузки ОС

Первоначально в Linux загрузчиком являлся LILO (Linux Loader). В силу имевшихся в нем недостатков, главным из которых была неспособность понимать используемые в Linux файловые системы, позднее начал использоваться загрузчик GRUB (GRand Unified Bootloader) в котором недостатки LILO были исправлены.

Если речь идет о версиях Windows до Vista, например, Windows XP, то будет загружен Ntldr. Он, в свою очередь, считывает информацию из текстового файла Boot.ini, в котором записана информация об установленных операционных системах.

Загрузка ядра операционной системы

Завершающим этапом загрузки операционной системы является загрузка ядра ОС и передача ему управления.

Несколько лет назад в моей практике был такой забавный случай.

Меня попросили помочь одному человеку купить и привести в порядок компьютер для дома. Товарищ этот на тот момент времени только-только вышел на пенсию, а до этого работал в должности начальника и компьютер видел, по большей части, издалека, на столе у своей секретарши. После выхода на пенсию у него появилось время и желание компьютер освоить. Ну что, по-моему, замечательно. Компьютер мы ему подобрали недорогой, но добротный и с хорошим, по тем временам, монитором. Я поставил и настроил кое-какие программы, показал как ими пользоваться. Господин обзавелся книжкой из серии «Что-то там для чайников» и мы расстались абсолютно довольные друг другом.

Примерно через неделю мой подопечный позвонил мне по телефону и чуть не плача сообщил, что все пропало и компьютер больше не работает. Благо, запираться он не стал и честно рассказал, как было дело. А дело было так. Товарищ полез исследовать содержимое своего компьютера и нашел в корне диска С:\ несколько подозрительных и «ненужных», на его взгляд, файлов. Он решил освободить место и файлики эти попросту удалил. Думаю, что все уже догадались, что это были boot.ini, ntldr, ntdetect и др. Поправить ситуацию сложности не представляло, разве что пришлось ехать к нему еще раз.

К слову сказать, для того, чтобы получить проблемы с загрузкой Windows XP, можно было и ничего не стирать, а слегка «подправить», например, boot.ini.

Видимо Microsoft как то узнала об этом случае и в следующей версии своей ОС решила припрятать файлы загрузчика получше.

Особенности загрузки операционных систем Windows Vista / 7 / 8

В Windows Vista или Windows 7 / 8 диспетчер загрузки называется Bootmgr. Он читает список установленных операционных систем не из простого текстового файла, коим является boot.ini, а из системного хранилища BCD (Boot Configuration Data), доступ к которому осуществляется посредством специальной утилиты bcdedit.exe .

Но это еще не все. Откроем “Управление компьютером” –> “Управление дисками” >

Процесс стандартной инсталляции операционной системы Windows Vista / 7 / 8 создает в начале диска дополнительный раздел «Зарезервировано системой». Ему не присваивается буква диска, благодаря чему, если не сделать дополнительных шагов, и сам раздел и его содержимое будут скрыты от пользователя. Этот основной раздел имеет статус «Системный» и «Активный» и, следовательно, удалить его тоже нельзя.

В Windows 7 размер такого раздела составляет 100 МБ, из которых занято около 30 МБ, в Windows 8 – уже 350 МБ, причем занято из них 105 МБ. Такая разница объясняется тем, что в Windows 8 на этот раздел перенесена папка “Recovery”.

Посмотрим содержимое раздела «Зарезервировано системой». Для этого назначим ему букву диска, например, «W» в “Управление дисками”. Дополнительно откроем «Панель управления» –> «Параметры папок» и на вкладке «Вид» снимем галку с «Скрывать защищенные системные файлы» и поставим отметку на «Показывать скрытые файлы, папки и диски».

Если в системе установлен файловый менеджер FAR Manager, то для просмотра можно воспользоваться им и не заниматься настройкой видимости скрытых файлов.

Так выглядит содержимое раздела «Зарезервировано системой» в Windows 8 >

Как и ожидалось, в корне раздела мы видим загрузчик Bootmgr.

А так выглядит часть содержимого папки «Boot» >

В папке мы находим базу хранилища данных конфигурации загрузки BCD и сопутствующие ей папки с языковыми файлами и файлами шрифтов.

Для полноты картины осталось сказать о том, какой раздел называется загрузочным. Ответ уже показан на картинке с томами Windows 7. Очевидно, что это раздел, на котором находятся все основные файлы операционной системы.

Ну что же, запомнить названия разделов диска очень легко по принципу «всё наоборот» — на системном нет системы (операционной), но расположен загрузчик третьего уровня, на загрузочном как раз отсутствует загрузчик, но находится сама система . Естественно, эта «запоминалка» работает только тогда, когда есть несколько разделов. Если раздел один, то он может быть сразу системным, активным и загрузочным.

Главной задачей загрузчика 3-го уровня, в роли которого выступает, в зависимости от типа ОС, Bootmgr, Ntldr или GRUB, является чтение с загрузочного диска и загрузка ядра операционной системы. Кроме того, в случае множественной загрузки, когда на компьютере установлено несколько операционных систем, загрузчик 3-го уровня позволяет выбирать нужную при каждом запуске компьютера.

Классической ошибкой, которой Microsoft посвятила отдельную статью, является установка Windows XP после Windows Vista / 7 /8. Установщик Windows XP помечает свой раздел как активный, после чего, во время загрузки, MBR передает управление PBS этого раздела а он, в свою очередь, — Ntldr. Загрузчик Windows XP ничего не знает о более поздних версиях операционных систем Windows и их загрузка становится невозможной. Лечится достаточно легко, но неискушенного пользователя такая ситуация может поставить в тупик.

Добавить к этому практически нечего и можно переходить непосредственно к редактированию загрузочного меню. Начнем с загрузочного меню Windows.

Источник

Этапы загрузки операционной системы

Автор: Евгений Малышев | Категория: Операционные системы

Загрузка ОС происходит в несколько этапов:

1. После нажатия кнопки включения или перезагрузки управление берет на себя Базовая система ввода/вывода (Basic Input/Output System — BIOS). BIOS — это программа, записанная в постоянной энергонезависимой памяти компьютера -ПЗУ (английская аббревиатура — CMOS). BIOS производит тестирование и инициализацию всех устройств и, если они прошли успешно, считывает MBR по абсолютному адресу. Затем помещает считанный код главного загрузчика в оперативную память и передает ему управление.

2. Главный загрузчик определяет, откуда следует загружать ОС. В зависимости от типа загрузчика управление будет передано либо загрузочному коду, находящемуся в активном разделе жесткого диска, либо менеджеру загрузки, либо сам загрузчик поместит ядро ОС в оперативную память и передаст ему управление.

3. Получивший управление загрузчик операционной системы инициирует загрузку ядра ОС в память.

4. Запускается сама операционная система.
Как видно из вышесказанного, при загрузке компьютера используются абсолютные адреса, т.е. номера жестких дисков, цилиндров, головок, секторов, блоков. Выполнение этапов загрузки происходит по жестко заданной цепочке. Для успешной загрузки ОС необходимо, чтобы все участники цепочки находились на своих строго определенных местах: главный загрузчик и основная таблица разделов в загрузочном секторе диска, загрузчик(и) ОС и таблицы разделов в остальных разделах диска.

При нарушении этого порядка, например, при подключении нового диска к компьютеру, на котором уже установлена одна или несколько операционных систем, возможна ситуация, когда процесс остановится с сообщением типа «ОС не найдена».

Источник

Параметры загрузки Windows (включая безопасный режим)

Параметры загрузки Windows позволяют запускать систему в специальных режимах устранения неполадок, чтобы найти и решить проблемы с компьютером.

Открытие окна «Параметры загрузки Windows» в разделе «Параметры компьютера»

Проведите пальцем от правого края экрана и нажмите кнопку Параметры, а затем выберите пункт Изменение параметров компьютера.
(Если вы используете мышь, наведите указатель мыши на правый нижний угол экрана, щелкните значок, а затем выберите пункт Параметры, а затем — изменить параметры ПК.)

В разделе Параметры компьютера выберите элемент Обновление и восстановление, а затем — Восстановление.

В разделе Дополнительные параметры запусканажмите кнопку Перезапустить сейчас.

После перезагрузки компьютера в окне Выбор действия выберите элемент Диагностика. Если пункт Параметры загрузки не отображается, выберите Дополнительные параметры.

Нажмите кнопку Параметры запуска и перезагрузите компьютер.

На экране Параметры загрузки выберите необходимый параметр.

Войдите в систему, используя учетную запись пользователя с правами администратора.

Открытие окна «Параметры загрузки Windows» в среде восстановления Windows

Если не удается загрузить компьютер, выполните следующие инструкции, чтобы запустить среду восстановления Windows. Для выполнения этих действий понадобится подключить клавиатуру.

Выполните одно из следующих действий в зависимости от того, какой установочный носитель используется (например, DVD-диск или USB-устройство флэш-памяти).

Если у вас есть установочный носитель для Windows 8.1, запустите компьютер с установочного носителя. Вставьте DVD-диск или USB-устройство флэш-памяти и перезагрузите компьютер. Если отображается сообщение «Нажмите любую клавишу, чтобы выполнить загрузку с DVD-диска», нажмите любую клавишу. Если такое сообщение не отображается, то, возможно, нужно изменить порядок загрузки в параметрах BIOS вашего компьютера, чтобы сначала он загружался с DVD-диска или USB-устройства. Когда появится страница Установка Windows, выберите вариант Восстановление системы, чтобы запустить среду восстановления Windows.

Если у вас нет установочного носителя, три раза подряд перезагрузите компьютер с помощью кнопки питания. В результате запустится среда восстановления Windows.

В среде восстановления Windows на экране Выбор действия выберите элемент Диагностика.

Нажмите кнопку Параметры загрузки. Если кнопка Параметры загрузки не отображается, выберите элемент Дополнительные параметры, а затем нажмите кнопку Параметры загрузки.

Нажмите кнопку Перезагрузка и подождите, пока компьютер перезагрузится.

Выберите действие на экране Параметры загрузки.

Войдите в систему, используя учетную запись пользователя с правами администратора.

Некоторые варианты, такие как безопасный режим, позволяют запустить Windows с ограниченными возможностями, когда работают только основные программы. При других вариантах Windows запускается с дополнительными параметрами (обычно их используют системные администраторы и ИТ-специалисты). Дополнительные сведения можно найти на веб-сайте Microsoft TechNet для специалистов по ИТ.

Примечание: Если вы используете BitLocker, вам потребуется приостановить его, прежде чем перейти к параметрам загрузки Windows. В Windows RT 8.1 может появиться запрос на ввод ключа восстановления шифрования устройства, чтобы перейти к параметрам загрузки.

Запускает Windows в расширенном режиме устранения неполадок, предназначенном для ИТ-специалистов и системных администраторов.

Создает файл ntbtlog.txt, в который заносятся все драйверы, установленные во время запуска. Эта информация может оказаться полезной для расширенной диагностики.

Запуск Windows с использованием текущего видеодрайвера и низкими значениями разрешения и частоты обновления изображения. Этот режим можно использовать для сброса параметров дисплея.

Безопасный режим запускает Windows с минимальным набором драйверов и служб, которые помогут устранить проблемы. Если при запуске в безопасном режиме проблема не проявляется, то параметры по умолчанию, основные драйверы устройств и службы можно исключить из возможных причин ее возникновения. Существуют три разных варианта безопасного режима.

Включить безопасный режим. Запуск Windows с минимальным набором драйверов и служб.

Включить безопасный режим с загрузкой сетевых драйверов. Запуск Windows в безопасном режиме, а также загрузка сетевых драйверов и служб, необходимых для доступа к Интернету или другим компьютерам в локальной сети.

Включить безопасный режим с поддержкой командной строки. Запуск Windows в безопасном режиме с окном командной строки вместо обычного интерфейса Windows. Этот вариант предназначен для ИТ-специалистов и системных администраторов.

Если при перезагрузке компьютера в безопасном режиме проблема не возникает, то основные параметры, файлы и драйверы Windows не связаны с ее появлением. Попробуйте по очереди запустить все приложения, которые вы обычно используете (включая приложения в папке автозагрузки). Возможно, неполадку вызывает определенное приложение. Если одно из приложений вызывает проблему, удалите его или обратитесь к издателю программного обеспечения. Если неполадки возникают в безопасном режиме или по-прежнему не удается найти проблему, вы можете попробовать обновить или сбросить компьютер. Подробнее: Обновление, возврат в исходное состояние или восстановление компьютера.

Позволяет устанавливать драйверы, содержащие неправильные подписи.

Источник