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  • 计算机操作系统----计算机的启动流程

    今天是开学的第一天,也是“计算机操作系统”这门课程的第一次上课,老师布置了作业——“计算机的启动流程”。

    首先是在百度上查阅了一些资料。

    首先是一句话:原来”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!”

    然后就发现了一个经常出现在我耳边,但我却不是很清楚的词——BIOS,原来它叫基本輸出輸入系統"(Basic Input/Output System)

    在计算机启动的流程中,首先计算机在通电后会读取BIOS中的程序。

    然后

    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。

    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)。

    3、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)。

    "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。

    4、硬盘启动

    到了这个时期,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。

    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。

    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、 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。

    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。

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