从按下计算机开关启动计算机,到登入到桌面完成启动,一共经过了以下几个阶段:
1. 预引导(pre-boot)阶段;
2. 引导阶段;
3. 加载内核阶段;
4. 初始化内核阶段;
5. 登陆。
每个启动阶段的详细介绍
a) 预引导阶段
在按下计算机电源使计算机启动,并且在windows xp专业版操作系统启动之前这段时间,我们称之为预引导(pre-boot)阶段,在这个阶段里,计算机首先运行power on self test(post),post检测系统的总内存以及其他硬件设备的现状。如果计算机系统的bios(基础输入/输出系统)是即插即用的,那么计算机硬件设备将经过检验以及完成配置。计算机的基础输入/输出系统(bios)定位计算机的引导设备,然后mbr(master boot record)被加载并运行。在预引导阶段,计算机要加载windows xp的ntldr文件。
b) 引导阶段
windows xp professional引导阶段包含4个小的阶段。
首先,计算机要经过初始引导加载器阶段(initial boot loader),在这个阶段里,ntldr将计算机微处理器从实模式转换为32位平面内存模式。在实模式中,系统为ms-dos保留640kb内存,其余内存视为扩展内存,而在32位平面内存模式中,系统(windows xp professional)视所有内存为可用内存。接着,ntldr启动内建的mini-file system drivers,通过这个步骤,使ntldr可以识别每一个用ntfs或者fat文件系统格式化的分区,以便发现以及加载windows xp professional,到这里,初始引导加载器阶段就结束了。
接着系统来到了操作系统选择阶段,如果计算机安装了不止一个操作系统(也就是多系统),而且正确设置了boot.ini使系统提供操作系统选择的条件下,计算机显示器会显示一个操作系统选单,这是ntldr读取boot.ini的结果。(至于操作系统选单,由于暂时条件不够,没办法截图,但是笔者模拟了一个,见图一。)
在boot.ini中,主要包含以下内容:
[boot loader]
timeout=30
default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\windows
[operating systems]
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\windows="microsoft windows xp professional" /fastdetect
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(2)\winnt="windows windows 2000 professional"
.
其中,multi(0)表示磁盘控制器,disk(0)rdisk(0)表示磁盘,partition(x)表示分区。ntldr就是从这里查找windows xp professional的系统文件的位置的。(*本文不会更详细地讲解boot.ini的组成结构,因为其与本主题关系不大,如果想了解,可以到一些专门的网站处查询相关信息。)如果在boot.ini中只有一个操作系统选项,或者把timeout值设为0,则系统不出现操作系统选择菜单,直接引导到那个唯一的系统或者默认的系统。在选择启动windows xp professional后,操作系统选择阶段结束,硬件检测阶段开始。
在硬件检测阶段中,ntdetect.com将收集计算机硬件信息列表并将列表返回到ntldr,这样做的目的是便于以后将这些硬件信息加入到注册表hkey_local_machine下的hardware中。
硬件检测完成后,进入配置选择阶段。如果计算机含有多个硬件配置文件列表,可以通过按上下按钮来选择。如果只有一个硬件配置文件,计算机不显示此屏幕而直接使用默认的配置文件加载windows xp专业版。
引导阶段结束。在引导阶段,系统要用到的文件一共有:ntldr,boot.ini,ntdetect.com,ntokrnl.exe,ntbootdd.sys,bootsect.dos(可选的)。
c) 加载内核阶段
在加载内核阶段,ntldr加载称为windows xp内核的ntokrnl.exe。系统加载了windows xp内核但是没有将它初始化。接着ntldr加载硬件抽象层(hal,hal.dll),然后,系统继续加载hkey_local_machine\system键,ntldr读取select键来决定哪一个control set将被加载。控制集中包含设备的驱动程序以及需要加载的服务。ntldr加载hkey_local_machine\system\service\...下start键值为0的 底层设备驱动。当作为control set的镜像的current control set被加载时,ntldr传递控制给内核,初始化内核阶段就开始了。
d) 初始化内核阶段
在初始化内核阶段开始的时候,彩色的windows xp的logo以及进度条显示在屏幕中央,在这个阶段,系统完成了启动的4项任务:
? 内核使用在硬件检测时收集到的数据来创建了hkey_local_machine\hardware键。
? 内核通过引用hkey_local_machine\system\current的默认值复制control set来创建了clone control set。clone control set配置是计算机数据的备份,不包括启动中的改变,也不会被修改。
? 系统完成初始化以及加载设备驱动程序,内核初始化那些在加载内核阶段被加载的底层驱动程序,然后内核扫描hkey_local_machine\system\currentcontrolset\service\...下start键值为1的设备驱动程序。这些设备驱动程序在加载的时候便完成初始化,如果有错误发生,内核使用errorcontrol键值来决定如何处理,值为3时,错误标志为危机/关键,系统初次遇到错误会以lastknowngood control set重新启动,如果使用lastknowngood control set启动仍然产生错误,系统报告启动失败,错误信息将被显示,系统停止启动;值为2时错误情况为严重,系统启动失败并且以lastknowngood control set重新启动,如果系统启动已经在使用lastknowngood值,它会忽略错误并且继续启动;当值是1的时候错误为普通,系统会产生一个错误信息,但是仍然会忽略这个错误并且继续启动;当值是0的时候忽略,系统不会显示任何错误信息而继续运行
? session manager启动了windows xp高级子系统以及服务,session manager启动控制所有输入、输出设备以及访问显示器屏幕的win32子系统以及winlogon进程,初始化内核完毕。
e) 登陆
? winlogon.exe启动local security authority,同时windows xp professional欢迎屏幕或者登陆对话框显示,这时候,系统还可能在后台继续初始化刚才没有完成的驱动程序。
?提示输入有效的用户名或密码。
?service controller 后执行以及扫描hkey_local_machine\system\currentcontrolset\servives来检查是否还有服务需要加载,service controller查找start键值为2或更高的服务,服务按照start的值以及dependongroup和depandonservice的值来加载。
只有用户成功登陆到计算机后,windows xp的启动才被认为是完成,在成功登陆后,系统拷贝clone control set到lastknowngood control set,完成这一步骤后,系统才意味着已经成功引导了。