計算機作業系統計算機的啟動流程

今天是開學的第一天，也是「計算機作業系統」這門課程的第一次上課，老師布置了作業——「計算機的啟動流程」。

首先是一句話：原來」計算機啟動是乙個很矛盾的過程：必須先執行程式，然後計算機才能啟動，但是計算機不啟動就無法執行程式！」

然後就發現了乙個經常出現在我耳邊，但我卻不是很清楚的詞——bios，原來它叫基本輸出輸入系統"（basic input/output system）

在計算機啟動的流程中，首先計算機在通電後會讀取bios中的程式。

然後1、硬體自檢

bios程式首先檢查，計算機硬體能否滿足執行的基本條件，這叫做"硬體自檢"（power-on self-test），縮寫為post。

如果硬體出現問題，主機板會發出不同含義的蜂鳴，啟動中止。如果沒有問題，螢幕就會顯示出cpu、記憶體、硬碟等資訊。

2、啟動順序

硬體自檢完成後，bios把控制權轉交給下一階段的啟動程式。

這時，bios需要知道，"下一階段的啟動程式"具體存放在哪乙個裝置。也就是說，bios需要有乙個外部儲存裝置的排序，排在前面的裝置就是優先轉交控制權的裝置。這種排序叫做"啟動順序"（boot sequence）。

3、主引導記錄

bios按照"啟動順序"，把控制權轉交給排在第一位的儲存裝置。

這時，計算機讀取該裝置的第乙個扇區，也就是讀取最前面的512個位元組。如果這512個位元組的最後兩個位元組是0x55和0xaa，表明這個裝置可以用於啟動；如果不是，表明裝置不能用於啟動，控制權於是被轉交給"啟動順序"中的下乙個裝置。

這最前面的512個位元組，就叫做"主引導記錄"（master boot record，縮寫為mbr）。

"主引導記錄"只有512個位元組，放不了太多東西。它的主要作用是，告訴計算機到硬碟的哪乙個位置去找作業系統。

4、硬碟啟動

到了這個時期，計算機的控制權就要轉交給硬碟的某個分割槽了，這裡又分成三種情況。

1、情況a：卷引導記錄

上一節提到，四個主分割槽裡面，只有乙個是啟用的。計算機會讀取啟用分割槽的第乙個扇區，叫做"卷引導記錄"（volume boot record，縮寫為vbr）。

"卷引導記錄"的主要作用是，告訴計算機，作業系統在這個分割槽裡的位置。然後，計算機就會載入作業系統了。

2、情況b：擴充套件分割槽和邏輯分割槽

隨著硬碟越來越大，四個主分割槽已經不夠了，需要更多的分割槽。但是，分割槽表只有四項，因此規定有且僅有乙個區可以被定義成"擴充套件分割槽"（extended partition）。

所謂"擴充套件分割槽"，就是指這個區裡面又分成多個區。這種分割槽裡面的分割槽，就叫做"邏輯分割槽"（logical partition）。

計算機先讀取擴充套件分割槽的第乙個扇區，叫做"擴充套件引導記錄"（extended boot record，縮寫為ebr）。它裡面也包含一張64位元組的分割槽表，但是最多只有兩項（也就是兩個邏輯分割槽）。

計算機接著讀取第二個邏輯分割槽的第乙個扇區，再從裡面的分割槽表中找到第三個邏輯分割槽的位置，以此類推，直到某個邏輯分割槽的分割槽表只包含它自身為止（即只有乙個分割槽項）。因此，擴充套件分割槽可以包含無數個邏輯分割槽。

但是，似乎很少通過這種方式啟動作業系統。如果作業系統確實安裝在擴充套件分割槽，一般採用下一種方式啟動。

3、情況c：啟動管理器

在這種情況下，計算機讀取"主引導記錄"前面446位元組的機器碼之後，不再把控制權轉交給某乙個分割槽，而是執行事先安裝的"啟動管理器"（boot loader），由使用者選擇啟動哪乙個作業系統。

四、第四階段：作業系統

控制權轉交給作業系統後，作業系統的核心首先被載入記憶體。

以linux系統為例，先載入/boot目錄下面的kernel。核心載入成功後，第乙個執行的程式是/sbin/init。它根據配置檔案（debian系統是/etc/initab）產生init程序。這是linux啟動後的第乙個程序，pid程序編號為1，其他程序都是它的後代。

然後，init執行緒載入系統的各個模組，比如視窗程式和網路程式，直至執行/bin/login程式，跳出登入介面，等待使用者輸入使用者名稱和密碼。

至此，全部啟動過程完成。

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