Как происходит загрузка операционной системы windows - Доктор Windows

Мы продолжаем разбираться как работает ПК на примере клавиатуры и Windows 10. В этой статье поговорим о том как происходит единение софта и железа.

Старт системы

Полностью компьютер выключен когда он отключен от питания и конденсаторы на материнской плате разрядились. До эры смартфонов мобильные телефоны часто глючили и если перезагрузка не лечила проблему, то приходилось доставать батарею и ждать 10 секунд, потому что сбрасывалось программное состояние ОС, в то время как чипы на материнской плате и контроллеры устройств оставались активными сохраняя состояние, драйвера ОС к ним просто реконнектились. 10 секунд — время на разрядку конденсаторов, состояние чипов сбрасывается только при полном отключении.
Если же ПК подключен к розетке или батарее, то он находится в режиме Stand-By, это значит что по шине питания подаётся маленькое напряжения (5В) от которого запитываются некоторые чипы на материнке. Как минимум это системный контроллер, по сути это мини-компьютер запускающий большой компьютер. Получив уведомление о нажатии кнопки Power он просит блок питания/батарею подать больше напряжения и после инициализирует весь чип-сет, в том числе и процессор. Инициализация включает в себя перекачку кода и данных прошивки материнки (BIOS/UEFI) в оперативную память и настройку CPU на её исполнение.
Думать что кнопка Power это рубильник который подаёт электричество на CPU и тот начинает исполнять с заранее известного адреса прошивку BIOS неправильно. Возможно старые компьютеры так и работали. Кнопка включения находится на своей плате, вместе со светодиодами состояний и к материнке она подключается через специальный разъём. На картинке ниже видны контакты для кнопки Power, Reset, а также светодиодов с состоянием Power и чтения жёсткого диска. Нажатие кнопки включения переводится в сигнал на контакты материнки, откуда он достигает системный контроллер.

Контакты на материнке для подключения кнопки включения, светодиодов состояния Power, жёсткого диска и динамиков.

Плата ноутбука с кнопкой включения и светодиодом состояния

Cистемный контроллер обладает огромными полномочиями – включать и выключать компьютер, исполнять код в режиме ядра. Помимо него могут быть и другие чипы со сравнимыми возможностями, такие как Intel Management Engine или AMD Secure Technology (часть CPU), которые так же работают когда компьютер «выключен». Чип с Intel ME имеет в себе x86 CPU с операционной системой MINIX 3. Что он может делать:

Включать и выключать компьютер, т.е. выполнять программы имея доступ ко всей вычислительной мощности, периферии машины и сети.
Обходить ограничения файервола.
Видеть все данные в CPU и RAM, что даёт доступ к запароленным файлам.
Красть ключи шифрования и получать доступ к паролям
Логировать нажатия клавиш и движения мыши
Видеть что отображается на экране
Вредоносный код в Intel ME не может быть детектирован антивирусом, потому как на такой низкий уровень он добраться не может
И конечно же скрытно отправлять данные по сети используя свой стек для работы с сетью.

Это вызывает серьёзные вопросы безопасности, потому как он может быть хакнут или использовать в шпионских целях.

Прикладная иллюстрация как блок питания получает сигнал от материнки на включение. Если вы задумаете установить мощную видеокарту (Nvidia 2070 S) на офисный ПК, то просто вставить её недостаточно, потому как она требует питание в 600W, в то время как такой ПК имеет блок на ~500W. Первое что придёт в голову – купить новый блок питания на 650W с отдельной линией для видеокарты. Но и здесь будут разочарования, потому как разъёмы материнки будут не совпадать с разъёмами БП, а если его отдельно воткнуть в розетку и подключить к видюхе тоже ничего не будет – в блоке питания вентилятор не крутится и изображения нет. Так происходит, потому что БП должен получить сигнал от материнки на полное включение. Очевидное решение – новая материнка с совместимыми разъёмами, однако она стоит ~$300. Есть решение проще, хоть оно и вызывает опасения пожаробезопасности. Берём скрепку, разгибаем и вставляем в зелёный (PS_ON) и один из чёрных пинов (COM). Теперь всё должно работать.

Поиск загрузчика ОС

Есть два вида прошивки материнки – BIOS (Basic Input Output System) на старых машинах и UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) на новых. Windows 10 поддерживает обе и абстрагирует различия между ними. UEFI правильней называть ОС чем прошивкой, потому как он предлагает больше возможностей, к примеру богатый графический интерфейс вместо текстового, наличие мышки, больший объём доступной памяти, улучшенная модель безопасности и валидации файлов ОС, взаимодействие с железом через API, вместо прерываний как в BIOS.

Пример экрана монитора BIOS.

Программа BIOS хранится на отдельном чипе, подключенном к Южному мосту. Этот чип можно достать и перепрошить новой программой, по факту это просто носитель памяти, а не самостоятельный микрокомпьютер.

Настройки BIOS (системное время, например), хранятся на другом чипе который как правило находится возле круглой батарейки, которая на самом деле является литиевым аккумулятором, подзаряжающимся во время работы ПК. Называется он CMOS, что означает Complementary Metal Oxide Semiconductor, а по-русски просто — КМОП, что есть комплементарная структура металл-оксид-полупроводник.

Первым делом программа BIOS выполняет проверку подсистем, эта процедура называется POST – Power On Self Test. Тест может быть сокращённый либо полный, это задаётся в настройках BIOS. Процитирую Википедию, что в себя включают эти тесты:
Сокращённый тест включает:

Проверку целостности программ BIOS в ПЗУ, используя контрольную сумму.
Обнаружение и инициализацию основных контроллеров, системных шин и подключённых устройств (графического адаптера, контроллеров дисководов и т. п.), а также выполнение программ, входящих в BIOS устройств и обеспечивающих их самоинициализацию.
Определение размера оперативной памяти и тестирования первого сегмента (64 килобайт).

Полный регламент работы POST:

Проверка всех регистров процессора;
Проверка контрольной суммы ПЗУ;
Проверка системного таймера и порта звуковой сигнализации (для IBM PC — ИМС i8253 или аналог);
Тест контроллера прямого доступа к памяти;
Тест регенератора оперативной памяти;
Тест нижней области ОЗУ для проецирования резидентных программ в BIOS;
Загрузка резидентных программ;
Тест стандартного графического адаптера (VGA или PCI-E);
Тест оперативной памяти;
Тест основных устройств ввода (НЕ манипуляторов);
Тест CMOS
Тест основных портов LPT/COM;
Тест накопителей на гибких магнитных дисках (НГМД);
Тест накопителей на жёстких магнитных дисках (НЖМД);
Самодиагностика функциональных подсистем BIOS;
Передача управления загрузчику.

По результатам этого теста может быть обнаружена неисправность, к примеру нерабочая видеокарта или клавиатура. Поскольку экран монитора может не работать результаты тестов сообщаются в виде последовательности звуковых сигналов разной высоты. Что конкретно они значат надо смотреть в документации к материнской плате. Старые компьютеры часто бибикали во время старта — это программа BIOS сообщала о результатах тестов. Иногда может дополнительно использоваться индикатор, показывающий номер ошибки.

Если всё прошло успешно, BIOS начинает процесс поиска загрузчика ОС. Для этого он начинает просматривать все подключенные к материнской плате жёсткие диски. Данные на физических дисках адресуются в единицах называемых сектор, обычно он 512 байт, однако современный стандарт – 4096 байт. Установщик Windows в самый первый сектор на диске записывает специальный программный код и данные о разделах. Этот сектор называется Master Boot Record. Диск разбивается на разделы (partitions), отформатированный своей файловой системой. Максимум 4 раздела, каждый из который может быть расширенным (extended partition), такой можно рекурсивно делить на 4 раздела и теоретически их число не ограничено. Как только BIOS находит Master Boot Record он считывает оттуда код и передаёт ему управление. Этот код поочередно просматривает данные о разделах и находит тот который помечен как активный, в нём находится код загрузчика Windows (Это не раздел с C:WindowsSystem32!), этот раздел называется system partition. Как правило он занимает 100Мб и скрыт от пользователя. В первом секторе этого раздела хранится загрузочный код, которому передаётся управление. Это volume boot sector, код в нём ищет файл Bootmgr, с которого и начинается процесс загрузки Windows. Файл Bootmgr создан через соединение в один файлов Startup.com и Bootmgr.exe.

Процессор начинает свою работу в режиме который называется «Реальный». Это режим совместимости, в нём CPU работает так же как и старые 16-bit процессоры, не имевшие поддержки виртуальной памяти и работавшие напрямую с физической памятью через 20-bit шину адресов, позволявшую адресовать 1Мб памяти. Простые MS-DOS программы выполнялись в этом режиме и имели расширение .COM. Первое что делает Startup.com (Bootmgr) – переключает процессор в режим «Защищённый», где под защитой понимается защита процессов друг от друга. В этом режиме поддерживается виртуальная память и 32х битные адреса, которыми можно адресовать 4Гб оперативной памяти. Следующим этапом Bootmgr заполняет таблицу виртуальных адресов на первые 16Мб RAM и включает трансляцию с виртуальных адресов в физические. В этом режиме и работает Windows. Поскольку на этом этапе подсистемы ОС ещё не созданы, Bootmgr имеет свою простую и неполную реализацию файловой системы NTFS, благодаря которой он находит BCD файл (Boot Configuration Data), в котором хранятся настройки параметров загрузки ОС. Вы можете редактировать его через утилиту BcdEdit.exe. В этих настройках BCD может быть указано, что Windows была в состоянии гибернации, и тогда Bootmgr запустит программу WinResume.exe, которая считывает состояние из файла Hyberfil.sys в память и перезапускает драйвера. Если BCD говорит, что есть несколько ОС, то Bootmgr выведет на экран их список и попросит пользователя выбрать. Если ОС одна, то Bootmgr запускает WinLoad.exe, этот процесс и выполняет основную работу по инициализации Windows:

Выбирает соотвествующую версию ядра Windows. Можете думать о нём как о Windows10.exe, хотя на самом деле он называется NtOsKrnl.exe. Какие есть версии? Согласно википедии:
- ntoskrnl.exe — однопроцессорное ядро Windows. без поддержки режима PAE
- ntkrnlmp.exe (англ. NT Kernel, Multi-Processor version) — многопроцессорное ядро Windows. без поддержки режима PAE
- ntkrnlpa.exe — однопроцессорное ядро Windows с поддержкой режима PAE.
- ntkrpamp.exe — многопроцессорное ядро Windows с поддержкой режима PAE.
Загружает HAL.dll (Hardware Abstraction Layer), который абстрагирует особенности материнки и CPU.
Загружает файл шрифтов vgaoem.fon
Загружает файлы в которых содержится инфомрация о представлениях даты времени, форматов чисел и пр. Эта функциональность называется National Language System.
Загружает в память реестр SYSTEM, в нём содержится информация о драйверах которые надо загрузить. Информация о всех драйверах находится в HKLMSYSTEMCurrentControlSetServices. Драйвера которые надо загрузить имеют ключ start = SERVICE_BOOT_START (0). Об устройстве реестра мы поговорим в другой статье.
Загружает драйвер файловой системы для раздела на котором располагаются файлы драйверов.
Загружает драйвера в память, но пока не инициализирует их из-за круговых зависимостей.
Подготавливает регистры CPU для выполнения ядра Windows выбранного на первом шаге – NtOsKrnl.exe.

Во время загрузки драйверов WinLoad проверяет их цифровые подписи и если они не совпадают, то будет синий (BSOD) или зелёный (GSOD, для insider preview сборок) «экран смерти».

Запуск на UEFI

Пример экрана загрузки UEFI

BIOS существует больше 30 лет и в попытках исправить его недостатки компания Intel в 1998 году создала стандарт Intel Boot Initiative, позже переименованный в EFI и в 2005 году пожертвованный организации EFI Forum. Недостатки BIOS:
• Работает только в 16-битном режиме
• Может адресовать только 1Mb оперативной памяти
• Часто имеет проблемы совместимости
• MBR ограничен только четырьмя главными разделами диска
• Диск с ОС не может быть больше чем 2.2Tb.
• Имеет очень ограниченные возможности для валидации загрузчика ОС.
На смену BIOS пришёл UEFI, по сути это миниатюрная ОС которая может работать и в 32-bit и в 64-bit. Для совместимости есть опция Compatibility Support Module, которая включается в настройках и эмулирует работу BIOS.

В UEFI загрузка происходит в родной для процессора битности – 32 или 64, есть доступ ко всей памяти, поддерживается виртуальная память, включен Secure Boot и есть возможность запустить antimalware до начала загрузки ОС. Порядок загрузки ОС в UEFI:

Инициализация и запуск Firmware, запуск чип-сета.
POST тест, аналогично BIOS
Загрузка EFI-драйверов и поиск диска подпадающего под требования EFI для загрузочного диска
Поиск папки с именем EFI. Спецификация UEFI требует чтобы был раздел для EFI System Partition, отформатированный под файловую систему FAT, размером 100Мб – 1Гб или не более 1% от размера диска. Каждая установленная Windows имеет свою директорию на этом разделе – EFIMicrosoft.
Читает из настроек UEFI сохранённых в NVRAM (энергонезависимая память) путь к файлу загрузчика.
Находит и запускает EFI/Microsoft/Boot/BootMgrFw.efi.
BootMgrFw.efi находит раздел реестра BCD, который хранится в отдельном файле с именем BCD. Из него он находит WinLoad.efi, который расположен в C:WindowsSystem32winload.efi.

Чтобы посмотреть содержимое раздела EFI System Partition откройте консоль с правами админа (WinKey+X => Windows PowerShell (Admin)) и выполните команды mountvol Z: /s, Z:, dir. CD — меняет директорию.
Главное отличие компонентов BootMgr и WinLoad для UEFI от своих копий для BIOS тем что они используют EFI API, вместо прерываний BIOS и форматы загрузочных разделов MBR BIOS и EFI System Partition сильно отличаются.

Инициализация ядра

Напоминаю, что мы рассматриваем загрузку ПК в контексте работы клавиатуры, поэтому не стоит заострять внимание на всех этапах. Надо понять где в этом процессе находится клавиатура, важные для понимания этапы выделены.
На предыдущем этапе был запущен компонент WinLoad.exe/WinLoad.efi, который запускает NtOsKrnl.exe указав ему параметры загрузки в глобальной переменной nt!KeLoaderBlock (память режима ядра доступна всем процессам), которые WinLoad собрал во время своей работы. Они включают:

Пути к System (загрузчик Windows) и Boot (C:WindowsSystem32) директориям.
Указатель на таблицы виртуальной памяти которые создал WinLoad
Дерево с описанием подключенного hardware, оно используется для создания HKLMHARDWARE ветки реестра.
Копия загруженного реестра HKLMSystem
Указатель на список загруженных (но не инициализированных) драйверов участвующих в старте Windows.
Прочая информация необходимая для загрузки.

Инициализация ядра Windows происходит в два этапа. До этого происходит инициализация Hardware Abstraction Layer, который в числе всего прочего настраивает контроллеры прерывания для каждого CPU.
На этой же стадии загружаются в память строки с сообщениями для BSOD, потому как в момент падения они могут быть недоступны или повреждены.

Первая фаза инициализации ядра:
1. Слой Executive инициализирует свои объекты состояний – глобальные объекты, списки, блокировки. Производится проверка Windows SKU (Stock Keeping Unit), примеры Windows 10 SKU — Home, Pro, Mobile, Enterprise, Education.
2. Если включен Driver Verifier, то он инициализируется.
3. Менеджер памяти создаёт структуры данных, необходимые для работы внутренних API для работы с памятью (memory services), резервирует память для внутреннего пользования ядром.
4. Если подключен отладчик ядра (kernel debugger) ему отправляется уведомление загрузить символы для драйверов загружаемых во время старта системы.
5. Инициализируется информация о версии билда Windows.
6. Старт Object Manager – позволяет регистрировать именованные объекты к которым могут получать доступ по имени другие компоненты. Яркий пример – мьютекс по которому приложение позволяет запустить единственный экземпляр. Здесь же создаётся храниться handle table, по которой устанавливается соответствие к примеру между HWND и объектом описывающим окно.
7. Старт Security Reference Monitor подготавливает всё необходимое для создания первого аккаунта.
8. Process Manager подготавливает все списки и глобальные объекты для создания процессов и потоков. Создаются процесс Idle и System (в нём исполняется “Windows10.exe” он же NtOsKrnl.exe), они пока не исполняются, потому как прерывания выключены.
9. Инициализация User-Mode Debugging Framework.
10. Первая фаза инициализации Plug and Play Manager. PnP – это стандарт который реализовывается на уровне производителей периферии, материнских плат и ОС. Он позволяет получать расширенную информацию о подключенных устройствах и подключать их без перезагрузки ПК.
Вторая фаза инициализации ядра. Она содержит 51 шаг, поэтому я пропущу многие из них:
1. По завершению первой фазы главный поток процесса System (NtOsKrnl.exe) уже начал исполнение. В нём производится вторая фаза инициализации. Поток получает самый высокий приоритет – 31.
2. HAL настраивает таблицу прерываний и включает прерывания.
3. Показывается Windows Startup Screen, которая по умолчанию представляет из себя чёрный экран с progress bar.
4. Executive слой инициализирует инфраструктуру для таких объектов синхронизации как Semaphore, Mutex, Event, Timer.
5. Объекты для User-Mode Debugger проинициализированы.
6. Создана symbolic link SystemRoot.
7. NtDll.dll отображена в память. Она отображается во все процессы и содержит Windows APIs.
8. Инициализирован драйвер файловой системы.
9. Подсистема межпроцессного общения между компонентами Windows ALPC проинициализирована. Можете думать о ней как о named pipes или Windows Communication Foundation для межпроцессного общения.
10. Начинается инициализация I/O Manager, который создаёт необходимые структуры данных для инициализации и хранения драйверов подключенной к компьютеру периферии. Этот процесс очень сложный.
  Здесь же инициализируются компоненты Windows Management Instrumentation и Event Tracing for Windows (на него полагается Windows Performance Analyzer). После этого шага все драйвера проинициализированы.
11. Запускается процесс SMSS.exe (Session Manager Sub System). Он отвечает за создание режима пользователя, в котором будет создана визуальная часть Windows.

Запуск подсистем – SMSS, CSRSS, WinInit

SMSS.exe отличается от пользовательских процессов, это нативный процесс и это даёт ему дополнительные полномочия. SMSS.exe работает с ядром в обход Windows API, он использует то что называется Native API. Windows API – обёртка вокруг Native API. SMSS.exe первым делом запускает подсистему Windows (CSRSS.exe – Client Server Runtime Sub System) и заканчивает инициализацию реестра.

Процесс и потоки SMSS.exe помечены как критические, это значит что если они неожиданно завершаться, к примеру из-за ошибки, это приведёт к падению системы. Для общения с подсистемами, к примеру вызову API создающему новую сессию, SMSS создаёт ALPC-порт с именем SmApiPort. Загружаются из реестра переменные среды окружения, запускаются программы такие как Check Disk (autochk.exe, эти программы записаны в реестре HKLMSYSTEMCurrentControlSetControlSession ManagerBootExecute). SMSS.exe запускается для каждой пользовательской сессии. Глобальные переменные (очередь сообщений например) у каждой сессии своя за счёт механизма виртуальной памяти. В Windows есть контексты потока, процесса и сессии. Каждый SMSS.exe запускает свой экземпляр подсистемы, на данный момент это только CSRSS.exe (Windows), в прошлом поддерживались операционные системы OS/2 (os2ss.exe) и POSIX (psxss.exe), но эта идея была неудачной. Самый первый SMSS.exe засыпает в ожидании процесса WinInit.exe. Остальные экземпляры вместо этого создают процесс WinLogon который показывает UI для входа.

WinInit.exe инициализирует подсистемы для создания графической оболочки – Windows Station и десктопы, это не тот рабочий стол который вы видите, это иная концепция Windows. Далее он запускает процессы:

Services.exe – Services Control Manager (SCM) запускает сервисы и драйвера помеченные как AutoStart. Сервисы запускаются в процессах svchost.exe. Есть утилита tlist.exe, которая запущенная с параметром tlist.exe -s напечатает в консоли имена сервисов в каждом из svchost.exe.
LSASS.exe – Local System Authority.
LSM.exe – Local Session Manager.

WinLogon.exe – загружает провайдеры аутентификации (credential providers), которые могут быть password, Smartcard, PIN, Hello Face. Он порождает процесс LogonUI.exe который и показывает пользователю интерфейс для аутентификации, а после валидирует введённые данные (логин и пароль, PIN).

Если всё прошло успешно, то WinLogon запускает процесс указанный в ключе реестра HKLMSOFTWAREMicrosoftWindows NTCurrentVersionWinLogonUserinit. По умолчанию это процесс UserInit.exe, который:

Запускает скрипты указанные в реестрах:
- HKCUSoftwarePoliciesMicrosoftWindowsSystemScripts
- HKLMSOFTWAREPoliciesMicrosoftWindowsSystemScripts
Если групповая политика безопасности определяет User Profile Quota, запускает %SystemRoot%System32Proquota.exe
Запускает оболочку Windows, по умолчанию это Explorer.exe. Этот параметр конфигурируется через реестр:
- HKCUSoftwareMicrosoftWindows NTCurrentVersionWinlogonShell
- HKLMSOFTWAREMicrosoftWindows NTCurrentVersionWinlogonShell

WinLogon уведомляет Network Provider о залогинившемся пользователе, на что тот восстанавливает и подключает системные диски и принтеры сохранённые в реестре. Network Provider представляет из себя файл mpr.dll из системной папки, который хостится в процессе svchost.exe, т.е. сервис Windows.

Дерево процессов выглядит следующим образом, на нём можно увидеть кто и кого создал (показаны не все процессы, может немного отличаться от последний версий Windows).

Где здесь клавиатура?

Во время запуска ядро Windows считывает из реестра информацию о контроллере системной шины, как правило это шина PCI (реже MSI), к ней подключены контроллеры портов ввода-вывода, в том числе и USB, PS/2. Информация о нём записывается во время установки Windows. Система загружает для него драйвер и рекурсивно обходит все порты так же загружая для каждого из них свой драйвер. Драйвера могут комбинироваться в узлы (driver node), к примеру драйвер клавиатуры, будет соединён с драйвером порта PS2. А вот порт USB сложнее — сначала драйвер порта, потом драйвер для работы с протоколом HID и только потом клавиатура.

Каждый порт контроллируется своим чипом, который мониторит подключение, принимает/отправляет сигналы между CPU и устройством. Если чип-сет Южный мост не встроен в CPU, как это часто делают в ноутбуках, а существует отдельным чипом на материнке, то правильней говорить: сигнал между Южным мостом и контроллером порта. Чип контроллирующий порт имеет выделенную линию с контроллером прерываний (PIC или APIC), по которой он может попросить обратить на себя внимание CPU, к примеру считать данные от клавиатуры (порт PS/2, с USB другая история). Поскольку ОС загрузила для порта драйвер, она может отдавать ему команды, читать и отправлять данные. В нашем примере был загружен драйвер из C:WindowsSystem32i8042prt.sys. Давайте вспомним предыдущую статью. В старых компьютерах с PIC на чипе Intel 8259 было 15 линий прерываний, где клавиатура была подключена к ножке IRQ1, таймер IRQ0, а мышка к IRQ12, который на самом деле был пятой ножкой второго чипа 8259, который мультиплексировал свои прерывания через ножку IRQ2 первого контроллера. В современных PIC могут быть 255 контактов для сигналов прерываний. Во время загрузки ОС программирует APIC/PIC возвращать определённое число когда скажем пришло прерывание от порта клавиатуры или USB и по этому номеру CPU находит в таблице векторов прерываний функцию которую надо выполнить. Номер прерываний определяют HAL и Plug’n’Play Manager. Контроллер прерываний ищет сигнал на своих ножках в определённом порядке, к примеру в бесконечном цикле проверяет напряжение на ножках от 1 до MAX_PIN. Этот порядок определяет приоритет, к примеру клавиатура будет замечена раньше мышки, а таймер раньше клавиатуры. Чтобы не зависеть от особенностей работы контроллеров прерываний Windows абстрагирует концепцию IRQ (Interrupt Request) в IRQL (Interrupt Request Level). Будь у контроллера прерываний хоть 15 хоть 255 линий они все будут отображены на 32 IRQL для x86 и 15 IRQL для x64 и IA64.

Что означают приоритеты IRQL:

High – когда происходит краш системы, обычно это вызов функции KeBugCheckEx.
Power Fail – не используется. Изначально был придуман для Windows NT.
Interprocessor Interrupt – нужен отправить запрос другому CPU на мультипроцессорной системе выполнить действие, например обновить TLB cache, system shutdown, system crash (BSOD).
Clock – нужен чтобы обновлять системные часы, а так же вести статистику сколько времени потоки проводят в режиме пользователя и ядра.
Profile – используется для real-time clock (local APIC-timer) когда механизм kernel-profiling включен.
Device 1 … Device N – прерывания от устройств I/O. Во время прерывания данные от клавиатуры, мыши и других устройств считываются в отдельные буфера и сохраняются в объектах типа DPC (Deferred Procedure Call), чтобы обработать их позже и дать возможность устройствам переслать данные. После приоритет снижается до Dispatch DPC
Dispatch DPC — как только данные от устройств получены можно начинать их обрабатывать.
APC — Asynchronous Procedure Call. Через этот механизм вы можете исполнить код когда поток будет спать вызвав WaitForSingleObject, Sleep и другие.
Passive/Low — здесь исполняются все приложения в User Mode.

Если вы всегда программировали в режиме пользователя, то никогда не слышали про IRQL, потому что все пользовательские программы выполняеются с приоритетом Passive/Low (0). Как только происходит событие с большим уровнем приоритета (событие от клавиатуры, таймер планировщика потоков), процессор сохраняет состояние прерванного потока, которое представляет из себя значения регистров CPU, и вызывает диспетчер прерываний (interrupt dispatcher, просто функция), который повышает приоритет IRQL через API KeRaiseIrql в HAL и вызывает непосредственно сам код обработчика (interrupt’s service routine). После этого IRQL CPU понижается до прежнего уровня через функцию KeLowerIrql и прерванный поток начинает обработку с того же места где его прервали. На этом механизме основан планировщик потоков. Он устанавливает таймер, который с определённым интервалом (квант времени) генерирует прерывание с приоритетом DPC/Dispatch (2) и в своей interrupt’s service routine по определённому алгоритму назначает новый поток на исполнение.

Механизм IRQL реализовывается на уровне софта в Hardware Abstraction Layer (HAL.dll), а не железа. В Windows системах есть драйвер шины (bus driver), который определяет наличие устройств подключенных к шинам – PCI, USB и др. и номера прерываний которые могут быть назначены каждому устройству. Драйвер шины сообщает эту информацию Plug and play manager, который уже решает какие номера прерываний назначить каждому устройству. Далее арбитр прерываний внутри PnP Mgr (PnP interrupt arbiter) устанавливает связи между IRQ и IRQL.

Когда приходит прерывание от клавиатуры, любой исполняемый в данный момент поток (это может быть ваша программа) назначается на его обработку. Interrupt dispatcher повышает приоритет IRQL CPU до одного из уровней Device1-DeviceN. После этого менеджер виртуальной памяти не сможет найти страницу если она не загружена в RAM (не сможет обработать Page Fault), планировщик потоков не сможет прервать выполнение, потому что они все работают с меньшим уровнем IRQL. Главная задача драйвера клавиатуры в этот момент считать полученные данные и сохранить их для дальнейшей обработки. Данные записываются в объект типа _DPC (Deferred Procedure Call), который сохраняется в список DPC потока (что-то вроде std::list<DPC>, в ядре ОС вместо массивов используются связанные списки). Как только прерывания от всех внешних устройств обработаны, IRQL потока понижается до уровня DPC в котором и производится обработка отложенных процедур (DPC). В коде обработчика DPC для клавиатуры вызывается функция из драйвера клавиатуры Kbdclass.sys:

VOID KeyboardClassServiceCallback(
  _In_    PDEVICE_OBJECT       DeviceObject,
  _In_    PKEYBOARD_INPUT_DATA InputDataStart,
  _In_    PKEYBOARD_INPUT_DATA InputDataEnd,
  _Inout_ PULONG               InputDataConsumed
);

Так вот, драйвер клавиатуры (kbdclass.sys) получает данные от порта (USB, PS2) через прерывание и записывает их через WriteFile, компонент внутри ядра Windows просыпается, считывает их используя API ReadFile и добавляет в очередь сообщений с клавиатуры. API для работы с файлом могут использоваться для чтения данных с драйверов. С этого момента начинается обработка данных стеком ввода Windows, об этом в следующей статье.

Если у вас есть ПК с PS2 портом и вы умеете пользоваться WinDbg в режиме ядра, то можете легко найти обработчик прерываний клавиатуры напечатав команду !idt, которая выведет на экран всю таблицу векторов прерываний. Прерывание вклинивается в ход выполнения программы, слово вектор здесь подразумевает направление, направление исполнения программы. WinDbg был сделан специально для отладки Windows, самая последняя версия называется WinDbgX. Он имеет текстовый интерфейс, который отпугивает людей привыкших к Visual Studio, однако предоставляет гораздо больше возможностей, в частности исполнение скриптов. Прерывание фиолетового порта PS2 выделено красным. Функция которая его обрабатывает называется I8042KeyboardInterruptService, которая находится в файле i8042prt.sys.

BOOLEAN
I8042KeyboardInterruptService(
  IN  PKINTERRUPT Interrupt,
  IN  PVOID Context
  );

Routine Description:

    This is the interrupt service routine for the keyboard device when
    scan code set 1 is in use.

Arguments:

    Interrupt - A pointer to the interrupt object for this interrupt.

    Context - A pointer to the device object.

Return Value:

    Returns TRUE if the interrupt was expected (and therefore processed);
    otherwise, FALSE is returned.

Сейчас возникает вопрос, откуда у обработчика прерываний аргумент? Кто его передаёт? Ведь CPU ничего не знает о нём. Если поставите в неё breakpoint, то удивитесь ещё больше увидев несколько функций выше по стеку:

0: kd> kC
# Call Site
00 i8042prt!I8042KeyboardInterruptService
01 nt!KiCallInterruptServiceRoutine
02 nt!KiInterruptSubDispatch
03 nt!KiInterruptDispatch
04 nt!KiIdleLoop

Объяснение здесь простое – это не та функция которая сохранена в регистре IDT процессора. То что вы видите на картинке выше на самом деле объекты типа _KINTERRUPT. В таблице прерываний сохранён специальный ассемблерный код (nt!KiIdleLoop), который знает как найти объект описывающий прерывание в памяти. Что же интересного есть в нём?

Указатель на объект представляющий драйвер в памяти.
Указатель на функцию i8042prt!I8042KeyboardInterruptService, которая и вызывает код считывающий данные из порта PS2 через ассемблерную команду IN AL, 0x60 – сохранить значение из порта номер 0x60 в регистре AL.
Функция dispatcher – ей передаётся указатель функцию из пункта №2 и она вызывает её.
Состояние регистров CPU. Перед вызовом прерывания состояние CPU будет сохранено сюда, и отсюда же будет восстановлено.
Приоритет прерывания. Не тот который определяет контроллер прерываний, а тот который Windows считает нужным. Это IRQL (Interrupt Request Level) – абстракция над IRQ.

Как только обработчик прерываний клавиатуры будет вызван, он уведомит драйвер клавиатуры о полученных данных, после чего будет уведомлено ядро ОС, которое обработав данные отправит их дальше по стеку ввода, где они могут быть доставлены приложению, которое на них отреагирует, или перед этим в обработчик языков (азиатские иероглифы, автокоррекция, автозаполнение).
Ядро ОС напрямую не взаимодействует с драйвером клавиатуры, для этих целей используется Plug’n’Play Manager. Этот компонент предоставляет API IoRegisterPlugPlayNotification, который вызовет предоставленную callback-функцию когда устройство будет добавлено или удалено.

Пару слов о USB

Ознакомление с работой порта USB потребовало бы отдельной статьи описывающей его работу и плюс описание обработки данных HID на Windows. Это очень сильно усложнило бы материал, к тому же уже есть хорошие статьи по теме, поэтому PS2 идеальный пример из-за своей простоты.

USB создавался как универсальный порт для всех устройств, будь то клавиатура, фотоаппарат, сканнер, игровой руль с педалями, принтер и пр. Вдобавок он поддерживает вложенность портов – USB материнки => монитор с USB => клавиатура с USB к которой подключена мышка, флешка и USB-hub к которому подключен жёсткий диск. Взглянув на контакты USB 2.0 вы увидите что они не заточены под передачу каких-то определённых данных, как у PS2. Их всего четыре – витая пара для передачи битов данных, плюс и минус питания.

Провода кабеля USB 2.0

USB 3.0 быстрее за счёт дополнительных пяти контактов. Как видите там нету линии CLOCK для синхронизации, поэтому логика передачи данных сложнее. Слева USB 2.0 и справа USB 3.0 для сравнения.

Все данные передаются через протокол HID (Human Interface Device), который описывает форматы, порядок взаимодействия и передачи данных и всё остальное. Стандарт USB 2.0 занимает 650 страниц, документ HID Class Specification, описывающий работу устройств (мыши, клавиатуры и пр) – 97 страниц, их рекомендуется изучить если вы работаете с USB.

Первым делом подключенное устройство должно рассказать о себе, для этого оно отправляет несколько структур данных, в которых указывается ID устройства и ID производителя по которым Plug’n’Play manager может найти в реестре информацию, загрузить и соединить драйвера. USB устройства пассивны, т.е. хост должен сам с определённым интервалом проверять наличие данных. Частота опроса и размер пакета данных задаются в одном из дескрипторов устройства USB. Максимальный размер пакета – 64 байта, что для информации о нажатых клавишах более чем достаточно.

В Windows есть встроенная поддержка HID, она не такая простая как связь драйвера порта PS2 с драйвером клавиатуры, потому что драйвер HID должен уметь обрабатывать все поддерживаемые протоколом сценарии. Вне зависимости от провайдера данных — порты PS2, USB или Remote Desktop или виртуальная машина – на самом верху driver node будет находится Kbdclass, от которого ядро ОС и будет получать информацию. Уведомление о подсоединении клавиатуры будет обрабатываться через Plug’n’Play Manager, так что для ядра Windows не имеет значение какой порт или источник данных от устройства используется.

ч.1 — Основы ОС и компьютера
ч.2 — Как работает материнская плата и клавиатура через порт PS2

Источник

Это статья для повышения компьютерного кругозора. Если сегодня хочется попрограммировать, сделайте проект с колесом фортуны, а если нужны задачи — вот подборка самых интересных задач на логику.

Сегодня покажем, что происходит в обычном стационарном компьютере, когда вы его включаете и загружаете. Прямо по шагам, углубляясь в детали.

Воткнули вилку в розетку

Чаще всего компьютер включён в сеть постоянно, и это значит, что блок питания подаёт на материнскую плату совсем небольшой ток. Ток настолько мал, что внутри блока питания ничего не греется, поэтому не нужно включать никакие вентиляторы.

Ток поступает на контакты питания материнской платы, а оттуда — на системный контроллер. Системный контроллер — специальная микросхема (или группа микросхем), которая управляет всем, что находится на материнской плате, включая процессор и оперативную память. Когда есть питание, системный контроллер просто ждёт, пока пользователь не нажмёт кнопку включения компьютера.

Получается, даже когда компьютер условно выключен, на самом деле он включён — работает системный контроллер, который, как сторож, проверяет, нужно ли подавать электричество на остальные устройства внутри компьютера.

Нажали кнопку включения

После нажатия кнопки включения системный контроллер получает от неё сигнал и говорит блоку питания: «Мне нужно больше тока». Блок начинает полноценно работать и подаёт полноценное питание на материнскую плату и остальные компоненты — теперь начинают работать все основные компоненты компьютера:

процессор,
оперативная память,
микросхемы BIOS или UEFI (про них позже),
жёсткий диск.

Когда всё это заработало, системный контроллер берёт содержимое микросхемы BIOS, загружает его в оперативную память и говорит «Ну всё, дальше ты». С этого момента управление компьютером переходит к BIOS.

Загрузился BIOS

BIOS — это аббревиатура от Basic Input/Output System, базовая система ввода-вывода. Она отвечает за первоначальную загрузку компьютера. Все данные BIOS хранятся в отдельной микросхеме на материнской плате, а чтобы настройки не пропали после отключения от розетки, ставят батарейку. Если питания от сети не будет, батарейка будет поддерживать память в микросхеме около 10 лет.

Микросхема BIOS рядом с батарейкой

Первое, что делает BIOS, — запускает POST (Power On Self Test), самотестирование при включении. Тест проверяет работу процессора, оперативной памяти, контроллеров, загрузчиков и всего остального оборудования, важного для загрузки компьютера. Если всё в порядке, то компьютер пропищит один раз и продолжит загрузку — так он сообщает о результатах тестирования. А если будут ошибки — пропищит иначе, например:

короткий и длинный — ошибка с оперативной памятью;
длинный и 2 коротких — проблемы с видеокартой;
постоянно длинный и короткий гудки — что-то с процессором;
всё время пищит — ошибки с блоком питания.

Когда POST пройден, BIOS начинает искать загрузчик операционной системы. Для этого он смотрит у себя в настройках порядок загрузки — список дисков по очереди, с которых можно загрузиться. Например, вот порядок загрузки на экране BIOS компьютера Lenovo. Видно, что сначала нужно попробовать загрузиться с USB (первые три строчки), потом, если USB-дисков нет, — с жёсткого диска (п. 4), а если и диска нет — то попробовать с CD-дисковода или загрузиться по сети:

Порядок загрузки на экране BIOS компьютера Lenovo. Если нигде загрузчика не будет, BIOS остановится и выдаст ошибку

Как только загрузчик найден, BIOS считывает его код и передаёт ему всё дальнейшее управление компьютером.

Немного про UEFI

У BIOS есть проблема — устаревший интерфейс и мало возможностей для настроек компьютера. Чтобы это исправить, придумали UEFI — мини-операционную систему, которая так же, как и BIOS, может управлять основными настройками, но ещё обладает дополнительными возможностями. Например, у неё есть полноценный графический интерфейс с мышкой, расширенные возможности по настройке устройств и более полный доступ к возможностям железа.

Основное отличие от BIOS в том, что UEFI требуется больше памяти для первоначальных программ загрузки компьютера. Для этого UEFI забирает себе первые 100 мегабайт на диске и берёт эти данные оттуда, а сам раздел делает скрытым.

Работа загрузчика

Загрузчик — это сборное название всех программ и драйверов, которые понадобятся операционной системе для полноценной загрузки.

Можно провести такую аналогию: операционная система — это строительная бригада, которая может сделать что угодно. Но для её работы нужен менеджер, чтобы он заранее съездил к заказчику, выяснил, что нужно сделать, составил смету, закупил материалы и прикинул график работ. Загрузчик — это как раз тот самый менеджер, который делает все предварительные работы. Если менеджер не сделает свою часть, бригада не сможет приступить к работам.

Сам загрузчик находится на жёстком диске, и как только BIOS его находит и отправляет в оперативную память, загрузчик начинает действовать:

включает нужный режим работы процессора, который защищает одни процессы от других;
распределяет оперативную память и сгружает туда файл с параметрами загрузки операционной системы;
загружает драйверы устройств и проверяет их цифровую подпись;
подключает файловую систему, чтобы компьютер мог полноценно работать со всеми дисками.

На финальном этапе загрузчик находит ядро операционной системы, загружает его в память и передаёт управление ему.

Запуск ядра операционной системы

Если процесс загрузки дошёл до этой точки, то компьютер понимает, что скоро загрузится операционная система, а значит, можно показать пользователю стартовый экран. На Windows он выглядит так:

Пока крутится индикатор загрузки, ядро занимается тем, что загружает и запускает все служебные программы и скрипты:

смотрит, какое подключено железо и какие драйверы для него нужны прямо сейчас;
считывает настройки системы и запускает скрипты сразу с нужными параметрами;
запускает службы и демоны;
настраивает графический интерфейс;
включает систему входа пользователей в систему.

Смысл ядра — запустить все программы, которые будут нужны для дальнейшей работы операционной системы. В нашей аналогии со строительной бригадой, ядро — это прораб, который находится всё время на объекте от начала работ до их полного окончания. Прораб следит за ключевыми процессами и вмешивается, если что-то идёт не так. Ядро действует точно так же: обеспечивает работоспособность всей ОС и регулирует ключевые процессы.

Вход пользователя в систему

Последний шаг загрузки компьютера — вход пользователя в систему. Он может быть автоматическим, если нет пароля на вход — в противном случае система попросит его ввести:

После входа операционная система загружает все пользовательские настройки и программы — ставит нужный фон на рабочий стол, применяет какую-то схему оформления и запускает те программы, которые выбрал этот пользователь.

И всё.

Вёрстка:

Кирилл Климентьев

Источник

Содержание

Как происходит загрузка операционной системы виндовс
Загрузка BIOS
Процесс загрузки Windows XP
Как происходит загрузка операционной системы
Инициализация системы средствами BIOS
Загрузка операционной системы
Все, что вы хотели знать про загрузку Windows, загрузчики и восстановление загрузки ОС
Принципы загрузки операционных систем
Типы MBR
Разнообразие PBR
Кратко о загрузчике Syslinux
Загрузчики Windows
Конфигурирование BOOTMGR и BCD
Загрузчик GRUB4DOS
Установка GRUB загрузчика под Windows
Выводы
Как загружается Windows 10?
Как загружается Windows 10

Как происходит загрузка операционной системы виндовс

В данной статье я поэтапно опишу процесс загрузки операционных систем Windows XP, Vista и Seven. Хотя этот вопрос рассматривается в сети достаточно часто, не затронуть его я не могу. Подобная информация бывает очень полезна при диагностировании неисправности и восстановления работоспособности “умершей” ОСи.

Сегодня мы рассмотрим:

Загрузка BIOS

BIOS – это набор микропрограмм, записанных в ПЗУ компьютера и служащих для инициализации устройств на материнской плате, их проверки и настройки, загрузки операционной системы.

При включении компьютера BIOS проверяет “железо” и если есть проблемы, то информирует нас звуковыми сигналами (набор длинных и коротких гудков). Вот таблица звуковых сигналов BIOS:

Сигнал	Возможная неисправность
Отсутствует	Неисправен блок питания
2к	Ошибка четности ОЗУ
3к	Ошибка в первых 64 кБ ОЗУ
4к	Неисправность системного таймера
5к	Неисправен CPU
6к	Неисправен контроллер клавиатуры
7к	Неисправна системная плата
8к	Неисправна память видеокарты
9к	Ошибка контрольной суммы BIOS
10к	Невозможна запись в CMOS
11к	Неисправен кэш на системной плате
1д+2к	Неисправна видеокарта
1д+3к	Неисправна видеокарта
1д+8к	Не подключен монитор

Сигнал	Возможная неисправность
2к	Обычно – проблемы в CMOS Setup или с системной платой (мелкие ошибки)
3д	Ошибка контроллера клавиатуры
1д+1к	Ошибки в ОЗУ
1д+2к	Неисправна видеокарта
1д+3к	Ошибка инициализации клавиатуры
1д+9к	Ошибка при чтении из ПЗУ
к, повторяющийся	Неисправен блок питания
д, повторяющийся	Проблемы с ОЗУ
непрерывный	Неисправен блок питания

Если загрузка прервалась на этом этапе, то по сигналу находим вышедшую из строя деталь и заменяем. В случаях с оперативной памятью и видеокартами иногда помогает их извлечение и очистка контактов от пыли.

После проверки BIOS считывает настройки из CMOS и в соответствии с мини стартует загрузчик с указанного носителя (CD, HDD, Flash карта). Если загрузка производится с жёсткого диска, то система считывает первые 512 байт Master Boot Record (MBR) и передаёт ему управление.

Если MBR не найден, то загрузка останавливается. Восстановить MBR можно с помощью консоли восстановления Windows (Recovery Console) командой fixmbr.

Процесс загрузки Windows XP

Загрузкой Windows управляет NTLDR, который состоит из двух частей – первый StartUp переводит процессор в защищённый режим и стартует загрузчик ОС. Загрузчик содержит в себе основные функции для работы с дисками отформатированными в FAT*, NTFS и CDFS системы. Загрузчик считывает содержимое boot.ini и, в соответствии с его содержимым (количество ОС, диски на котором установленны и т.п.), продолжает загрузку. Если Windows была переведена в состояние гибернации, то NTLDR загружает в память компьютера файл hiberfil.sys и передаёт управление в ядро Windows. Если вы завершили работу компьютера простым выключением/перезагрузкой, то NTLDR загружает DOS’овский файл NTDETECT.COM, который строит список аппаратного обеспечения и загружает саму операционную систему Windows.

Если файл NTLDR удалён/перемещён/повреждён, то система не загрузится и выведет сообщение “NTLDR is missing. Press CTRL+ALT+DEL to restart“. Решить эту проблему можно в консоли восстановления Windows (Recovery Console) командой fixboot или скопировав NTLDR с рабочей системы в корень диска.

Перед загрузкой ядра, NTLDR выводит на экран опции запуска (Если была нажата клавиша F8, или работа системы была завершена аварийно). После выбора параметров запуска, стартует ядро системы – ntoskrnl.exe (мы видим анимацию из белых прямоугольников на чёрном экране). Далее загружается тип абстрактного уровня аппаратного обеспечения – HALL.DLL. Это нужно, чтобы ядро могло абстрагироваться от железа, оба файла находятся в директории System32. Далее загружается библиотека расширения ядра отладчика аппаратного обеспечения kdcom.dll и bootvid.dll, который загружает логотип Windows и индикатор статуса загрузки).

Одним из самых ответственных моментов является загрузка системного реестра configsystem, очень часто система не может прочитать файл system и загрузка становится невозможна или начинается циклическая перезагрузка.

Источник

Как происходит загрузка операционной системы

Вкратце процесс загрузки компьютера описан в статье «Включение ПК» раздела BIOS. Рассмотрим этот процесс более подробно.

Инициализация системы средствами BIOS

Загрузка операционной системы

Ядро операционной системы (ОС) загружается в ОЗУ, после чего в памяти системы размещается основная часть ОС.

На заре развития персоналок конфигурирование системы требовало от пользователей соответствующей квалификации. Наверняка, пользователи со стажем еще помнят такие файлы, как config.exe и autoexec.bat, которые надо было правильно настроить, чтобы «телега» нормально поехала.

Задача, в общем-то, довольно сложная. Для облегчения ее выполнения производители чипсетов и разработчики ПО согласовали и установили определенные правила механизма начальной загрузки. Теперь компоненты компьютерной системы, требующие инициализации и настройки комплектовались соответствующим программным обеспечением (инициализирующими программами, драйверами, INF-файлами):

Начальная загрузка Windows ведется под управлением командного файла, который содержит перечень программ и драйверов выполняемых в процессе загрузки ОС. Это, так называемая, «заготовка» командного файла, которая должна в процессе первоначальной установки Windows на компьютер, переделана в рабочую версию, соответственно установленному оборудованию на данном компьютере.

Windows имеет определенный набор универсальных драйверов (который постоянно пополняется с выходом новой версии ОС), позволяющих выполнить настройку всех компонентов системы. Справедливости ради следует сказать, что универсальные драйвера Windows далеко не всегда способны произвести оптимальную настройку того или иного устройства, что снижает производительность и стабильность работы всей компьютерной системы. Поэтому, все устройства поставляются со «своим» установочным ПО (как правило, на CD). При первоначальной установке нового устройства Windows может попросить вас установить в дисковод диск с соответствующими драйверами для правильной настройки нового устройства. Рекомендуется также следить за выходом новой версии драйверов (в которых исправлены ошибки, сделана оптимизация работы и проч.) для чипсета своей материнской платы и регулярно обновлять их.

Источник

Все, что вы хотели знать про загрузку Windows, загрузчики и восстановление загрузки ОС

В этой статье я не планирую подробно рассказывать обо всех типах загрузчиков, но хочу свести воедино всю необходимую информацию, которую нужно знать для создания загрузочных дисков, флэшек, а также для восстановления загрузчиков.

Принципы загрузки операционных систем

При включении компьютера управление процессором получает BIOS, и если он настроен на загрузку (boot) с винчестера, то он подгружает в оперативную память компьютера первый сектор диска (MBR) и передает управление ему. Если у вас несколько жестких дисков, то каждый из них содержит свою MBR. В этом случае можно или менять порядок загрузки дисков в BIOS, или же прописать все операционные системы с разных дисков в один PBR загрузчик, об этом ниже.

Сразу оговоримся, что если у BIOS у вас включен режим загрузки UEFI, то структура разделов диска у вас должна быть не MBR, а GPT. GPT имеет не только другую структуру разделов, но и другую структуру загрузочной области. Там в первый сектор записывается «заглушка» для BIOS (Protective MBR), которая служит для того, чтобы старый Legacy BIOS мог загрузиться с GPT диска в режиме совместимости, если ОС была установлена на GPT (часто в BIOS его называют CSM – Compatibility Support Module). Однако, вы никогда не сможете загрузить ОС с MBR диска, если в BIOS выставлена загрузка в режиме UEFI.

При загрузке операционной системы, сначала считывается первый сектор с устройства загрузки, представляющий собой главную загрузочную запись (Master Boot Record — MBR). Стандартно, в качестве MBR выступает первый сектор загрузочного диска. MBR содержит список разделов, признак активного раздела (раздела, с которого будет выполняться загрузка ОС), некоторые служебные данные, а также программный код для считывания в память загрузочного сектора активного раздела (Partition Boot Record — PBR) и передачи ему управления.

Размер сектора на жестком диске — 512 байт. В секторе MBR хранятся данные, которые должны заканчиваться специальной сигнатурой. Этим словом называется специальная, строго установленная, последовательность из 2 байт с шестнадцатеричными значениями 55h AAh, которая записывается в последние 2 байта сектора и соответственно имеет смещение от начала сектора 1FEh. Если хотя бы один из двух последних байтов отличается по значению, считается, что первый сектор не является MBR и не содержит осмысленной информации. Если компьютер при старте, прочитав первый сектор, не обнаружит правильной сигнатуры, он не будет передавать управление располагающемуся там коду, даже если он правильный, а выдаст сообщение о том, что главная загрузочная запись не найдена.

Общая структура MBR может быть представлена следующей таблицей:

Смещение Длина Описание

000h 446 Код загрузчика

1BEh 64 Таблица разделов

1FEh 2 Сигнатура (55h AAh)

Длина указана в байтах.

Как видно, MBR может содержать информацию максимум о 4 разделах. Каждый 16-байтовый блок, содержащий информацию о разделах, в своем начале содержит признак активности раздела — т.е. признак того, что операционную систему следует загружать именно из этого раздела — может иметь значения 80h (раздел активен) и 00h (раздел не активен). Количество активных разделов должно быть не более одного.

Шестнадцатеричный однобайтовый код далее указывает на тип (ID) раздела. Например, 07h – раздел типа NTFS, 0Bh – FAT32, 17h – скрытый NTFS раздел, 27h – системный скрытый NTFS раздел для восстановления системы.

Типы MBR

Выше мы увидели, что в сектор MBR записывается код загрузчика. Что же это? Дело в том, что в MBR может быть записан как «стандартный» загрузчик, так и альтернативные загрузчики.

Существуют следующие распространенные типы MBR:

Конечно, с учетом многообразия ОС, существует масса других MBR, но они не так популярны.

Операционные системы дружат только с определёнными типа загрузчиков, однако это не значит, что их нельзя модифицировать для поддержки других ОС. Так, в Windows MBR можно добавить информацию о Linux разделе, но этого недостаточно, чтобы Linux стал грузиться. Для этого также потребуется редактировать и PBR. Однако линуксовый LDLINUX.SYS требует наличия своего микрокода в MBR, чтобы обращаться к нему в процессе загрузки, то есть если у вас загрузочная запись Windows NT MBR, а загрузчик GRUB, то такая схема работать не будет. Виндовсовые загрузчики могут обойтись без наличия соответствующего микрокода в MBR, поэтому они могут грузиться и через GRUB MBR.

Главное, что вам нужно понять, что MBR содержит микрокод, инструкции для процессора, а не файлы. PBR же указывает на загрузчик, который является файлом.

Разнообразие PBR

Мы с вами выяснили, что MBR передает управление на активный раздел с PBR. PBR (Partition Boot Record), так же называют volume boot record (VBR) – это микрокод в начальном секторе раздела диска (часто это сектор 63), который содержит информацию, какой же загрузчик искать.

Существуют следующие загрузчики:

Тип MBR — NT 5.x/6.x, 1 сектор

Тип MBR — Grub4DOS, 18 секторов

Тип MBR — LILO/GRUB и др. линуксовые (к-во секторов зависит от версии и количества файлов)

Как я сказал выше, загрузчик является не загрузочной областью, а бинарным файлом.

Например, типичные пример создания мультизагрузочной флэшки – Multiboot USB 2k10, создаваемые уважаемыми conty9 & korsak7. Мультизагрузочный диск системного администратора с возможностью загрузки c CD/DVD, флешки, USB-HDD и обычного HDD и состоящий из нескольких Windows PE-сборок, а также DOS версий продуктов компании Acronis – например Acronis True Image (выполнены на Linux-ядре). Именно из-за этого смешанного зоопарка систем и приходится использовать загрузчик Syslinux (хотя можно и Grub4DOS).

В своем арсенале вам необходимо обязательно иметь утилиту BootICE. Уникальная в своём роде утилита для изменения или бэкапа/восстановления MBR (Master Boot Record) или PBR (Partition Boot Record). С BOOTICE, вы можете легко изменять тип MBR/PBR. Поддерживается загрузочные записи: Grub4DOS, SysLinux, PLoP, MS NT52/60… Например, с помощью этой утилиты, вы можете установить Grub4DOS вашим MBR или PBR, установить NTLDR или BOOTMGR к вашему PBR, установить SYSLINUX на PBR, и так далее.

Редактирование и установка MBR

Редактирование и установка загрузчика

Установка MBR GRUB4DOS

Помимо работы с MBR и PBR, BootICE позволяет редактировать разделы диска, выполнять ручное разбиение и форматирование, модифицировать тип раздела, сохранять и восстанавливать из бэкапа таблицу разделов.

Работа с таблицей разделов в BootICE

Кратко о загрузчике Syslinux

Итак, Syslinux состоит из файла загрузчика и файла конфигурации меню syslinux.cfg. Файл меню может вызывать графическое меню через подгрузку файла vesamenu.c32.

Установка Syslinux под Windows на другой диск выполняется достаточно просто: используется файл «[bios/]win32/syslinux.exe» для 32-х битных систем и «[bios/]win64/syslinux64.exe» для 64-х битных систем.

syslinux.exe —install a: — установка на флоппи-диск

syslinux.exe —mbr —active —directory /boot/syslinux/ —install z: — установка на диск z:, например флешку, где

— в качестве разделителей должны быть использованы именно /, а не

— в каталоге z:bootsyslinux будет размещён файл-загрузчик «ldlinux.sys»

— и раздел z: помечен как активный

— для организации меню должен быть создан файл z:bootsyslinuxsyslinux.cfg

Установка загрузчика Syslinux

Через BootICE вы также можете установить загрузчик Syslinux, указав в опциях альернативное местоположение файлов ldlinux.sys и и файла меню syslinux.cfg.

Загрузчики Windows

Конечно, основное внимание мы уделим загрузчикам для Windows.

Загрузчик NTLDR использовался до появления операционной системы Windows Vista. В процессе начальной загрузки, программный код загрузочного сектора раздела (PBR — Partition Boot Sector) обеспечивал поиск, считывание в память и передачу управления файлу ntldr, который размещался в корневом разделе загрузочного диска. Конфигурирование загрузчика ntldr выполнялось с помощью простого текстового файла boot.ini, содержимое которого задавало список загружаемых операционных систем, их параметры загрузки, размещение системных файлов и т.п. В операционных системах Windows Vista /Server 2008 и более поздних, загрузчик ntldr не используется, и заменен диспетчером загрузки BOOTMGR. Соответственно, изменился и программный код загрузочного сектора раздела, обеспечивающий передачу управления файлу bootmgr. Новый диспетчер загрузки использует собственные данные конфигурации загрузки (Boot Configuration Data — BCD) и может выполнять, при определенных настройках, загрузку любых операционных систем семейства Windows. Загрузчик ntldr не поддерживает возможность загрузки Windows Vista и старше.

Также, хочу отметить, что все современные Windows PE любых версий также используют загрузчик bootmgr. Цепочка стадий загрузки MBR — PBR — BOOTMGR — это минимально необходимое условие для того, чтобы загрузка операционной системы могла начаться. Дальнейший же ее ход, определяется диспетчером загрузки BOOTMGR, который считывает данные конфигурации загрузки из файла BOOTBCD активного раздела и выполняет загрузку в соответствии с их содержимым.

Для Windows 7 он запускает файл WINDOWSsystem32winload.exe

Загрузка WINDOWSsystem32winload.exe

Диспетчер загрузки bootmgr позволяет выполнить загрузку как с обычного системного диска, так и из загрузочных образов, виртуальных дисков, загрузку с использованием загрузчиков других операционных систем. Это позволяет использовать bootmgr для загрузки Windows PE. В соответствии с конфигурацией загрузки, диспетчер BOOTMGR может выполнить загрузку ядра Windows или, например, Linux, обеспечить выход из режима гибернации, загрузить диагностические программы, выполнить загрузку ядра с измененными параметрами и т.п.

Обычно файл bootmgr имеет атрибуты «скрытый» и «системный». По типу структуры, файл BootBCD является кустом реестра и отображается в редакторе реестра Windows как раздел

Обычно именно конфигурация BCD становится наибольшим камнем преткновения.

Конфигурирование BOOTMGR и BCD

Для работы с загрузчиком Windows вам понадобятся системные утилиты:

Команда BCDEDIT применяется в операционных системах Windows Vista и старше для редактирования BCD. Подробную инструкцию по использованию этой утилиты можно найти здесь.

Однако, я вам крайне рекомендую использовать очень удобную программу EasyBCD для редактирования BCD. Например, с помощью нее вы легко можете добавить Linux раздел в меню загрузки. Вот статья о том, как добавить в BCD конфигурацию Windows 7 пункт загрузки Linux Ubuntu.

При запуске EasyBCD в окне View Settings можно посмотреть текущую конфигурацию BCD. На скриншоте видно, что в текущий момент на диске установлена одна Windows 7, GUID которой <9079c27c-fa49-11e5-8c8e-3417ebc2574d>и вручную добавленный пункт меню для запуска установки Windows из WIM файла:

BCD menu для загрузки Windows и установки из WIM файла

А вот BCD меню загрузочной флэшки, на которой присутствуют инсталляторы Windows 7 x86 и x64, а также две среды MSDaRT x86 + x64:

BCD меню загрузочной флэшки, overview

BCD menu — установка Windows из WIM файла x86 и x64

Запуск среды восстановления Windows RE с загрузочной флэшки

Утилита BOOTSECT.EXE позволяет изменить программный код загрузчика Windows для переключения между двумя вариантами диспетчера загрузки — BOOTMGR или NTLDR – или восстановить поврежденный загрузчик!

Команда bootsect /nt60 E: /mbr /force – создает на диске E: (например, флэшке) записи MBR и PBR и устанавливает загрузчик bootmgr.

Ну и третья, крайне важная утилита — BootRec входит в состав средств среды восстановления Windows (Windows Recovery Environment) и применяется для восстановления загрузки операционной системы. Найди ее вы можете, загрузившись с установочного диска Windows и выбрав вместо установки опцию «Восстановление системы». Появится окно MSDaRT, откуда можно запустить командную строку и набрать там BootRec.exe. MSDaRT также можно скачать отдельно (это бесплатный продукт Microsoft) и сделать загрузочную флэшку/диск с ним.

Команда Bootrec /FixMbr – записывает основную загрузочную запись (MBR) системного раздела, совместимую с Windows. При этом существующая таблица разделов не перезаписывается.

Bootrec /FixBoot – записывает в системный раздел новый загрузочный сектор, совместимый с Windows.

bootrec /RebuildBCD – перестроить хранилище конфигурации загрузки на данном компьютере. Удобно использовать для изменения конфигурации BCD при добавлении нового диска с установленной Windows, или для внесения изменений в существующую конфигурацию загрузки новых или ранее не использовавшихся ОС.

Загрузчик GRUB4DOS

Это один из наиболее универсальных загрузчиков, способных загружать почти любую операционную систему с любого носителя. Пользователям Linux установка GRUB очевидна, для Windows все не так просто. GRUB имеет смысл использовать, например, одним из загрузчиков мультизагрузочной флэшки, ведь он поддерживает chainloader — передачу управления на другой загрузчик по цепочке. Таким образом, на флэшке можно установить GRUB MBR, который будет обращаться к загрузчику grldr, который в свою очередь через меню позволяет перенаправить запросы на bootmgr, например, для установки Windows.

Загрузчик состоит из следующих файлов:

Файл grldr.mbr нужен для установки GRUB в качестве MBR. Итак, GRUB можно установить руками под Windows или же воспользоваться различными утилитами.

Установка GRUB загрузчика под Windows

Представим, что у вас уже есть Windows с загрузчиком bootmgr. Вам необходимо будет добавить в BCD записи о новом загрузчике, чтобы не лишаться существующего. Порядок действий:

Вот и все, не так и сложно.

Сложнее отредактировать меню menu.lst. Вот список основных команд консоли GRUB (их можно исполнять как вручную из командной строки, так и из файла меню):

Приведу примеру рабочих кусков кода из файла меню:

title Alkid Live CD root (hd0,0) chainloader (hd0,0)/minint/setuplns.bin

Если вам совсем не хочется, существует программа GRUB4DOS Installer, и даже удобный русский инсталятор для нее, но этот вариант вам не позволит сделать комбинированный загрузчик. Он задаст вопрос, куда распаковать файлы и куда установить загрузчик, после чего сделает все сам: отформатирует, установить MBR, скопирует файлы. Но я лично против такой «автоматизации».

Также, для любителей конфигурировать загрузчик из-под Windows, существует утилитка WinGRUB, которая устанавливает GRUB без форматирования флэшки.

Если все-таки вам не хватило нервов и сил разобраться в написании меню, то есть программки, которые сделают меню загрузки и установят загрузчик за вас, вам нужно только выбрать ISO файлы дистрибутивов, которые надо добавить:

Для желающих создать подобные флэшки рекомендую также почитать профильные сайты: greenflash.su, flashboot.ru и usbtor.ru.

Выводы

Итак, чтобы была возможность загрузить ОС, необходимо, чтобы был установлен корректный загрузчик MBR, который заканчивается валидной сигнатурой, должна быть таблица разделов, и хотя бы один раздел должен быть помечен как активный. А в самом разделе, куда MBR передаст управление, должна быть валидная загрузочная запись, которая укажет, какой системный файл необходимо загрузить в память для начала загрузки самой ОС. Кроме того, должно быть загрузочное меню, которое укажет на местоположение загрузочных файлов ОС.

Источник

Как загружается Windows 10?

Вы когда-нибудь задумывались, что происходит, когда вы нажимаете кнопку питания? В этом посте мы увидим, как загружается Windows 10 и что происходит в фоновом режиме. Хотя все мы видим это как один процесс, все происходит пошагово. Он был разработан таким образом, что, если у вас возникнут какие-либо проблемы с загрузкой Windows 10, вы сможете устранить ее.

Как загружается Windows 10

Процесс загрузки Windows 10 в системах BIOS состоит из четырех основных этапов. Он начинается с POST и заканчивается загрузкой ОС Windows или ядра. Вот список этапов, через которые он проходит:

Во время каждого процесса загружается программа. В зависимости от того, использует ли он Legacy BIOS или UEFI, пути к файлам и файлы меняются.

фаза	Процесс загрузки	BIOS	UEFI
1	Preboot	MBR/PBR (загрузочный код)	Прошивка UEFI
2	Диспетчер загрузки Windows	% SystemDrive% Bootmgr	EFI Microsoft Boot Bootmgfw.efi
3	Загрузчик ОС Windows	% SystemRoot% system32 winload.exe	% SystemRoot% system32 Winload.efi
4	Ядро ОС Windows NT	% SystemRoot% system32 ntoskrnl.exe	1] PreBoot: POST или Power-On Self-Test загружает настройки прошивки. Он проверяет наличие действительной дисковой системы и пригодна ли система для перехода к следующему этапу. Если на компьютере установлена допустимая MBR, то есть основная загрузочная запись, процесс загрузки продвигается дальше и загружает диспетчер загрузки Windows. 3] Загрузчик ОС Windows: Как и его имя, WinLoad.exe загружает важные драйверы для запуска ядра Windows. Ядро использует драйверы для связи с оборудованием и выполнения остальных действий, необходимых для продолжения процесса загрузки. Когда вы запускаете Windows 10 на компьютере, который поддерживает Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), Trusted Boot защищает ваш компьютер с момента его включения. Когда компьютер запускается, он сначала находит загрузчик операционной системы. Компьютеры без защищенной загрузки просто запускают любой загрузчик на жестком диске ПК. Когда компьютер, оснащенный UEFI, запускается, он сначала проверяет, что прошивка имеет цифровую подпись. Если включена безопасная загрузка, микропрограмма проверяет цифровую подпись загрузчика, чтобы убедиться, что она не повреждена. Вы можете прочитать больше о том, как защитить процесс загрузки Windows 10. Помните, что многое происходит даже после входа в систему, но это все сценарии процесса после загрузки. Обратите внимание, что процесс загрузки Windows 10 намного больше, чем мы объяснили здесь – мы только объяснили основы! Источник Adblock detector

Источник

Принципы загрузки операционных систем

Общая структура MBR может быть представлена следующей таблицей:

Смещение Длина Описание

000h 446 Код загрузчика

1BEh 64 Таблица разделов

16 Раздел 1

1CEh 16 Раздел 2

1DEh 16 Раздел 3

1EEh 16 Раздел 4

1FEh 2 Сигнатура (55h AAh)

Длина указана в байтах.

Типы MBR

Существуют следующие распространенные типы MBR:

Windows NT версий 5.х и 6.x, занимает 1 сектор. Может загружать ОС только с первичного активного раздела.
GRUB4DOS версий 5.х и 6.x – занимает 16 секторов. Представляет собой файл gbldr.mbr. также его можно установить в качестве PBR прямо в раздел.
GRUB 2.0 – универсальный загрузочный менеджер, занимает 63 сектора. Состоит из файлов boot.img и core.img. Может работать с любыми файловыми системами и загружать ОС как с первичных, так и логических разделов.
PLoP – занимает 62 сектора и имеет продвинутый интерфейс. Позволяет организовать загрузку с CD/Floppy/USB без поддержки и обращения к BIOS.
UltraISO USB-HDD – занимает 1 сектор и позволяет выполнять загрузку с внешних USB HDD дисков.

Конечно, с учетом многообразия ОС, существует масса других MBR, но они не так популярны.

Разнообразие PBR

Существуют следующие загрузчики:

Тип MBR — NT 5.x/6.x, 1 сектор

io.sys для MS-DOS, Windows 95/98/МЕ
ntldr для Windows 2000/XP/2003
bootmgr для Windows Vista/7/8/8.1/10

Тип MBR — Grub4DOS, 18 секторов

grldr для Grub4DOS

Тип MBR — LILO/GRUB и др. линуксовые (к-во секторов зависит от версии и количества файлов)

ldlinux.sys – основной базовый модуль
syslinux.sys — для загрузки с FAT, FAT32, NTFS
isolinux.bin — для загрузки с iso9660
pxelinux — для загрузки по PXE
extlinux для загрузки с ext2/ext3/ext4 или btrfs

Как я сказал выше, загрузчик является не загрузочной областью, а бинарным файлом.

Файлы Windows NTLDR или BOOTMGR должны лежать в корне активного системного раздела и работают они по-разному. Об этом ниже.
Файл GRLDR используется Grub4DOS также должен лежать в корне партиции, с котрой выполняется загрузка
Syslinux – универсальный загрузчик, содержащий много модулей и поддерживающий загрузку с файловых систем ext2/3/4, FAT, NTFS, CD/DVD дисков, по сети через PXE. Позволяет организовать текстовое или графическое загрузочное меню.
Чаще всего этот загрузчик используют для запуска Linux с файловых систем FAT/NTFS или же создания мультизагрузочных USB флэшек, позволяющих загружать как Linux-совместимые приложения под DOS, так и Windows PE.

Редактирование и установка MBR

Редактирование и установка загрузчика

Установка MBR GRUB4DOS

Работа с таблицей разделов в BootICE

Кратко о загрузчике Syslinux

Обратите внимание, что загрузчик Syslinux сам по себе не может быть установлен в MBR, однако в пакете syslinux имеются два файла, из которых можно установить загрузочный код Syslinux в 440-байтную область загрузочного кода MBR: mbr.bin или gptmbr.bin. Конечно, это имеет смысл только для Linux.

Кстати, syslinux может быть использовать с UEFI – для него загрузчик называется syslinux.efi, однако он еще достаточно сырой.

syslinux.exe —install a: — установка на флоппи-диск

syslinux.exe —mbr —active —directory /boot/syslinux/ —install z: — установка на диск z:, например флешку, где

— в качестве разделителей должны быть использованы именно /, а не

— в каталоге z:bootsyslinux будет размещён файл-загрузчик «ldlinux.sys»

— и раздел z: помечен как активный

— для организации меню должен быть создан файл z:bootsyslinuxsyslinux.cfg

Установка загрузчика Syslinux

Конечно, основное внимание мы уделим загрузчикам для Windows.

Для Windows 7 он запускает файл WINDOWSsystem32winload.exe

Загрузка WINDOWSsystem32winload.exe

HKEY_LOCAL_MACHINEBCD00000000.

Обычно именно конфигурация BCD становится наибольшим камнем преткновения.

Конфигурирование BOOTMGR и BCD

Для работы с загрузчиком Windows вам понадобятся системные утилиты:

При запуске EasyBCD в окне View Settings можно посмотреть текущую конфигурацию BCD. На скриншоте видно, что в текущий момент на диске установлена одна Windows 7, GUID которой {9079c27c-fa49-11e5-8c8e-3417ebc2574d} и вручную добавленный пункт меню для запуска установки Windows из WIM файла:

BCD menu для загрузки Windows и установки из WIM файла

BCD меню загрузочной флэшки, overview

BCD menu — установка Windows из WIM файла x86 и x64

Запуск среды восстановления Windows RE с загрузочной флэшки

Например,

Bootrec /FixBoot – записывает в системный раздел новый загрузочный сектор, совместимый с Windows.

Загрузчик GRUB4DOS

Загрузчик состоит из следующих файлов:

default
grldr
menu.lst

Установка GRUB загрузчика под Windows

Файлы загрузчика Grub4dos — grldr.mbr и grldr — размещаются в доступном месте, например в корне диска C: (может быть FAT32, NTFS). Скачать файлы можно с официального репозитария.

Далее добавляем загрузчик в BCD или через командную строку и команду bcdedit, о которой шла речь выше, или утилиты BootICE/EasyBCD. В командной строке выполняются следующие команды:

> bcdedit /create /d "Grub4Dos" /application bootsector       - создание новой записи с именем "Grub4Dos" в хранилище данных конфигурации загрузки, 
                                                                запомните GUID новой записи
> bcdedit /set {id} device partition=C:                       - описание свойств новой записи, {id} - GUID, который вы запомнили выше
> bcdedit /set {id} path grldr.mbr                           - {id} это идентификатор созданной записи, выданный первой командой
> bcdedit /displayorder {id} /addlast                         - (опционально) смещение новой записи в конец меню

Создаётся меню загрузчика Grub4dos - C:menu.lst

Вот и все, не так и сложно.

  # комментарий                                   - знак решётки - указание загрузчику не обрабатывать строку
  boot                                            - передача управления ядру, загруженному командой kernel или "следующему" загрузчику, по команде chainloader
  color light-gray/black yellow/green light-cyan/black light-green/black     - задаёт цвета меню
  chainloader /ntldr                              - передает управление загрузчику, в примере /ntldr
  chainloader (hd0)+1                             - передает управление на загрузочный сектор устройства (hd0)
  chainloader +1                                  - передает управление на загрузочный сектор корневого устройства
  configfile /cfg/next.lst                        - открывает файл конфигурации, перейти в субменю
  default 0                                       - установка пункта меню по умолчанию, выполняемого по истечении таймаута
  fallback 1                                      - установка пункта меню выполняемого, если невозможна загрузка по умолчанию
  find --set-root /file                           - поиск файла и установка раздела на котором он расположен в качестве корневого
  halt                                            - выключение рабочей станции
  gfxmenu /boot/message33.gz                      - установка фоновой графической картинки, оно же русификация меню
  quit                                            - выход из GRUB, в DOS
  map (hd0) (hd1)                                 - "свопирование" разделов для обеспечения возможности загрузки windows со второго и последующих дисков
  map (hd1) (hd0)
  timeout 20                                      - установка времени в секундах до выполнения команды следующей команды
  title Boot Name                                 - название пункта меню
  pause                                           - ожидание нажатия клавиши
  rootnoverify (hd0,0)                            - отмена проверки тип файловой системы диска выбранного командой root
  root (hd0,1)                                    - выбор корневого (текущего) диска
  reboot                                          - перезагрузка рабочей станции

Приведу примеру рабочих кусков кода из файла меню:

title Установка Windows XP with SP3 x86 RUS. 
root (hd0,0)
map --mem /WINSETUP/XPpSP3.ISO (0xff)
map (hd0) (hd1)
map (hd1) (hd0)
map --hook
root (0xff)
chainloader /I386/SETUPLDR.BIN

title Установка Windows 7 with SP1 x86-x64 + MSDaRT 7.0 RUS. 
find --set-root /bootmgr
chainloader /bootmgr
boot

title Загрузка WinPe RusLive Special Edition 2k10 RUS.
find --set-root --ignore-floppies /2K10/WINPE/RLPE.BIN
chainloader /2K10/WINPE/RLPE.BIN
title Acronis DD 11 and True Image Home 2012 RUS.
map /PROG/ATIH2012PP_6151_ADDH11_2343_ru-RU.iso (0xFF) || map --mem /PROG/ATIH2012PP_6151_ADDH11_2343_ru-RU.iso (0xFF)
map --hook
chainloader (0xFF)

title Hiren's BootCD v.15.1 RUS.
find --set-root /PROG/hiren.ima
map /PROG/hiren.ima (fd0)
map --hook
chainloader (fd0)+1
rootnoverify (fd0)
map --floppies=1
boot

title Victoria v.3.52 RUS.
find --set-root /PROG/vcr352r.iso
map --mem /PROG/vcr352r.iso (0xff)
map --hook
root (0xff)
chainloader (0xff)
boot

1
2
3

title Alkid Live CD
root (hd0,0)
chainloader (hd0,0)/minint/setuplns.bin

WinSetupFromUSB
SARDU
Easy2Boot

Для желающих создать подобные флэшки рекомендую также почитать профильные сайты: greenflash.su, flashboot.ru и usbtor.ru.

Выводы

[Посещений: 19 048, из них сегодня: 12]

Источник

Download PC Repair Tool to quickly find & fix Windows errors automatically

Ever wondered what happens when you push the power button? In this post, we will see how Windows 11/10 boots and all that goes behind in the background. While all we see it as one process, everything happens in steps. It has been designed in such a fashion that if you face any issue with Windows Boot, you will be able to troubleshoot it.

Windows boot process on BIOS systems comprises of four major phases. It starts from POST and ends up loading the Windows OS Loader or the Kernel. Here is a detailed description of the Windows 10 boot process and the list of stages it goes through:

PreBoot
Windows Boot Manager
Windows OS Loader.
Windows NT OS Kernel.

During every process, a program is loaded. Depending on whether it uses Legacy BIOS or UEFI, the file paths and files change.

Phase	Boot Process	BIOS	UEFI
1	PreBoot	MBR/PBR (Bootstrap Code)	UEFI Firmware
2	Windows Boot Manager	%SystemDrive%bootmgr	EFIMicrosoftBootbootmgfw.efi
3	Windows OS Loader	%SystemRoot%system32winload.exe	%SystemRoot%system32winload.efi
4	Windows NT OS Kernel	%SystemRoot%system32ntoskrnl.exe

1] PreBoot: POST or Power-On Self-Test loads firmware settings. It checks for a valid disk system, and if the system is good to go for the next phase. If the computer has a valid MBR, i.e., Master Boot Record, the boot process moves further and loads Windows Boot Manager.

2] Windows Boot Manager: This step determines if you have multiple OS installed on your computer. If yes, then it offers a menu with the names of the OSs. When you select the OS, it will load the right program, i.e., Winload.exe to boot you into the correct OS.

3] Windows OS Loader: Like its name, WinLoad.exe loads important drivers to kick start the Windows Kernel. The kernel uses the drivers to talk to the hardware and do rest of the things required for the boot process to continue.

4] Windows NT OS Kernel: This is the last stage that picks up the Registry settings, additional drivers, etc. Once that has been read, the control is taken by the system manager process. It loads up the UI, the rest of the hardware and software. That’s when you finally get to see your Windows 10 Login screen.

When you run Windows 11/10 on a computer that supports Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), Trusted Boot protects your computer from the moment you power it on. When the computer starts, it first finds the operating system bootloader. Computers without Secured Boot simply run whatever bootloader is on the PC’s hard drive.

When a computer equipped with UEFI starts, it first verifies that the firmware is digitally signed. If Secure Boot is enabled, the firmware examines the bootloader’s digital signature to verify that it is intact hasn’t been modified. You can read more on how to secure the Windows Boot Process.

Do remember that lot of things happen even after you log in, but that’s all post-boot process scenarios. Also note that there is much more to Windows 11/10 Boot process than we explained here – we only explained the basics!

Ezoic

Anand Khanse is the Admin of TheWindowsClub.com, a 10-year Microsoft MVP (2006-16) & a Windows Insider MVP (2016-2022). Please read the entire post & the comments first, create a System Restore Point before making any changes to your system & be careful about any 3rd-party offers while installing freeware.

Источник

Download PC Repair Tool to quickly find & fix Windows errors automatically

PreBoot
Windows Boot Manager
Windows OS Loader.
Windows NT OS Kernel.

During every process, a program is loaded. Depending on whether it uses Legacy BIOS or UEFI, the file paths and files change.

Phase	Boot Process	BIOS	UEFI
1	PreBoot	MBR/PBR (Bootstrap Code)	UEFI Firmware
2	Windows Boot Manager	%SystemDrive%bootmgr	EFIMicrosoftBootbootmgfw.efi
3	Windows OS Loader	%SystemRoot%system32winload.exe	%SystemRoot%system32winload.efi
4	Windows NT OS Kernel	%SystemRoot%system32ntoskrnl.exe

Источник

Что означают слова «мой компьютер не запускается»?

Каждый сетевой администратор постоянно сталкивается с ситуацией, когда пользователи, жалующиеся на неполадки, произносят туманную фразу, которая может слегка испортить настроение: «Компьютер не запускается!» Обычно при этом пользователи сообщают, что нечто непредвиденное произошло в процессе загрузки — либо во время самотестирования компьютера (Power On Self Test, POST), либо во время процедур начальной загрузки Windows. Для диагностики и устранения подобных проблем администратор должен понимать, что происходит в процессе загрузки.

Термин «сбой в процессе загрузки» относится и к аппаратным проблемам, и к проблемам операционной системы. Во времена компьютеров с MS-DOS, POST занимал больше времени, чем загрузка операционной системы, и аппаратура была источником большинства проблем при начальной загрузке. За последние годы аппаратное обеспечение стало более надежным, а благодаря развитым функциям BIOS возможности мониторинга, диагностики и управления оборудованием стали значительно шире. Поэтому в ситуации сбоя во время загрузки пользователи, скорее всего, сталкиваются именно с проблемой операционной системы. Давайте последовательно изучим процесс начальной загрузки, наблюдая, что происходит на каждом этапе, и уясним смысл каждого появляющегося сообщения об ошибке. Для удобства будем предполагать, что используются Windows 2000 или более поздние версии.

Включение питания

Не жалуется ли пользователь, что ничего не происходит, когда он нажимает кнопку питания? Если да, то сначала проверьте кабель.

Вот старый администраторский трюк на случай, если проходится иметь дело с выключенным из розетки компьютером при разговоре с пользователем по телефону. Пользователи часто не проверяют, включен ли их компьютер в розетку, а когда вы указываете им на такую возможность, возмущаются. Пользователь может воскликнуть: «Конечно, он включен!», но следует проверить, правда ли это. Попросите пользователя вынуть вилку из розетки и вставить заново, ссылаясь на необходимость «проверить полярность». Постарайтесь не хихикать. Просто невероятно, как часто пользователи отвечают: «О, сработало!»

Если дело не в вилке, то, возможно, в источнике бесперебойного питания — тоже уязвимом аппаратном компоненте системе. Источники бесперебойного питания стоят недорого, но замена аккумуляторов в них — утомительная и трудоемкая задача.

Проверка оборудования и BIOS

Если пользователь видит сообщение об ошибке в процессе POST или если компьютер просто зависает, прежде чем запускается операционная система, значит, проблема в оборудовании или в BIOS. Система выводит на экран сообщения об ошибках оборудования и BIOS и подает характерные звуковые сигналы. Некоторые ошибки BIOS выводятся в виде чисел и некогда все производители BIOS использовали одни и те же числа (те, что придумали в IBM), но теперь все изменилось. Теперь, чтобы интерпретировать номер ошибки, администратору требуется документация, пришедшая вместе с компьютером. Также можно поискать ее на Web-сайте производителя BIOS. Однако, скорее всего, на экране появится текст, а не числа, например Hard drive controller failure («Ошибка контроллера жесткого диска») или забавное сообщение Keyboard error, press F1 to continue («Ошибка клавиатуры, нажмите F1 для продолжения»).

Возможно, появится сообщение об ошибке, относящейся к проблемам с памятью. Когда-то память имела дополнительный компонент, называвшийся «чип четности», и частью теста BIOS была проверка на четность. Компоненты памяти больше не содержат чип четности, поскольку теперь в этом нет необходимости: производители памяти так продвинулись по пути совершенствования своих продуктов, что ошибки памяти стали крайне редки. Тем не менее после добавления в компьютер памяти при последующей загрузке может появиться сообщение об ошибке памяти. Сообщение содержит примерно такой текст: Mismatched memory information («Несоответствие параметров памяти»). В действительности это сообщение является подтверждением того, что система видит установленную память, но обнаружила, что она не соответствует общему количеству, записанному в CMOS.

Чтобы решить эту проблему, можно попробовать перезагрузить компьютер и войти в режим настройки BIOS. По своему опыту знаю, что стоит только нажать клавиши, необходимые для вызова окна BIOS, как сразу же автоматически выполняется корректный подсчет памяти, и все, что остается сделать, это выйти из программы настройки BIOS. Вход в программу настройки BIOS вызывает проверку счетчика памяти и его регулировку относительно имеющейся физической памяти.

Если после добавления в компьютер памяти система выдала сообщение об ошибке, в котором не говорится о разночтении в подсчете объема памяти, значит, проблема оказалась серьезнее. Система не распознает новую память. Эта ситуация почти всегда вызвана неаккуратными действиями при установке памяти, такими как использование неверного слота. В то же время мне доводилось видеть, как проблема вызывалась установкой памяти неверного типа (например, установкой плат памяти DRAM в старый компьютер с Enhanced Data Output, EDO), когда материнская плата не была предназначена для установки памяти смешанного типа, SIMM и DIMM, или когда материнская плата не воспринимала смешивание плат памяти с разными скоростями. Некоторые материнские платы при добавлении памяти нуждаются в изменении положения двухпозиционных переключателей и перемычек, хотя такие требования становятся все менее распространенными. Чтобы избежать подобных проблем, всегда перед добавлением памяти проверяйте документацию материнской платы.

Если во время POST обнаруживается ошибка жесткого диска, значит, работа предстоит немалая. Вообще-то я обнаружила, что в половине случаев проблема оказывается в контроллере, а не в самом диске, и замена контроллера позволяет диску нормально выполнять загрузку с сохранением всех данных неповрежденными (все гениальное просто!). Если контроллер жесткого диска первоначальной комплектации выходит из строя, не нужно сразу бежать за новой материнской платой. Достаточно купить новый контроллер. Вместо поиска встроенной микросхемы прочитайте в документации к материнской плате, что необходимо сделать, чтобы BIOS видел новую плату.

Если проблема действительно в диске, задача не ограничивается только заменой контроллера. Помимо замены диска придется переустановить операционную систему и приложения, а также выполнить восстановление данных из резервной копии, которая, конечно, датирована вчерашним днем, не правда ли?

Управление передается записи Master Boot Record

Далее компьютер начинает загрузку операционной системы. Во время установки программа загрузки Windows помещает данные на первый сектор главного раздела компьютера (загрузочный сектор). Эти данные — не что иное, как Master Boot Record, MBR (главная загрузочная запись), которая содержит исполняемые команды. Программа установки также копирует два файла, инициирующие начальный этап загрузки Windows, — Ntldr и Ntdetect — в корневой каталог загрузочного диска. Кроме того, Windows Setup копирует boot.ini, файл, содержащий параметры загрузки, в корневой каталог загрузочного диска.

Кроме исполняемых команд, MBR содержит таблицу, определяющую расположение главных разделов диска. При установке Windows необязательно делать так, чтобы системный раздел и загрузочный раздел совпадали, хотя это распространенный подход. Загрузочные файлы Windows расположены в системном разделе, а файлы операционной системы — в загрузочном (логика именования отстала от жизни).

Системный раздел содержит файлы привязки к аппаратным компонентам, которые необходимы для загрузки Windows, включая MBR. Этот раздел должен быть главным разделом и отмечается как активный. Это всегда диск 0, поскольку именно к этому диску обращается BIOS, чтобы передать процесс загрузки файлу MBR. Загрузочный раздел содержит файлы операционной системы (папка %systemroot%) и файлы поддержки операционной системы (%systemroot%System).

На последнем шаге аппаратной части начальной загрузки компьютер считывает файл MBR в память и передает управление компьютером коду в MBR. Исполняемый код просматривает таблицу главного раздела и ищет отметку, указывающую на загружаемый раздел. Когда MBR находит первый загружаемый раздел, он считывает первый сектор раздела, который является загрузочным сектором.

Запуск Ntldr

Код загрузочного сектора считывает Ntldr в память, чтобы запустить процесс начальной загрузки операционной системы. В Ntldr хранится доступный только для чтения код NTFS и FAT. Он начинает работать в реальном режиме, и первая выполняемая им задача заключается в переключении системы в некоторую форму защищенного режима. Более подробно об этих режимах рассказано во врезке «Реальный режим против защищенного». Этот первоначальный вариант защищенного режима не может в полной мере выполнять аппаратно-зависимых преобразований, которые обеспечивают защиту оборудования, — данная функция становится доступной, когда операционная система загрузится полностью.

Теперь вся физическая память доступна операционной системе, и компьютер работает как 32-разрядная машина. Ntldr делает возможной постраничную загрузку и создает таблицы страниц. Затем Ntldr считывает boot.ini из корневого каталога и, если на машине многовариантная загрузка или если выполнена настройка boot.ini на отображение меню, на экране появляется меню выбора вариантов загрузки. Если Ntldr отсутствует или поврежден, система выдаст сообщение об ошибке Ntldr is missing. Press Ctrl-Alt-Del to restart.

Не стоит зря тратить время, выполняя предложенное действие: после очередного цикла система вернется к тому же сообщению. Необходимо заменить Ntldr. Если создан загрузочный флоппи-диск, можно использовать его для копирования Ntldr в корневой каталог основного загрузочного диска (обычно C). Если Ntldr отсутствует, следует просто скопировать его. Если файл имеется на жестком диске, возможно, он поврежден. Для того чтобы заменить его, сначала нужно изменить его атрибут «только для чтения». Если загрузочного флоппи-диска под рукой нет, придется запустить программу Setup с компакт-диска Windows и выбрать Repair.

Запуск Ntdetect

Ntldr запускает Ntdetect, который запрашивает BIOS системы о данных конфигурации устройств. Система отправляет информацию, которую Ntdetect собирает в реестр и помещает в подразделы HKEY_LOCAL_MACHINEHARDWARE
DESCRIPTION.

Если возникнет какая-нибудь проблема с Ntdetect (утрата или повреждение), возможно, система не выдаст никакого сообщения об ошибке. Обычно в таком случае процесс загрузки просто останавливается. Единственным действенным средством при утрате или повреждении файла Ntdetect является его замена. Необходимо воспользоваться для загрузки загрузочным флоппи-диском, затем скопировать Ntdetect с этого флоппи-диска в корневой каталог жесткого диска. Или же запустите Setup с компакт-диска Windows и выберите Repair.

Запуск Ntoskrnl и загрузка HAL

После того как Ntdetect закончит выполнение подпрограмм проверки оборудования, он передает процесс загрузки обратно файлу Ntldr, который запускает ntoskrnl.exe и загружает .dll-файл Hardware Abstraction Layer (HAL). (Оба файла расположены в папке %systemroot%system32.) Ntoskrnl — это главный файл ядра Windows и исполнительных подсистем. Он содержит Executive, Kernel, Cache Manager, Memory Manager, Scheduler, Security Reference Monitor и другие. Именно Ntoskrnl приводит в действие Windows. Для работы Ntoskrnl необходим файл hal.dll, который содержит код, позволяющий оборудованию взаимодействовать с операционной системой.

На экране может появиться сообщение об ошибке, говорящее о наличии проблемы с Ntoskrnl, но почти всегда это сообщение фиктивно и появляется потому, что ссылка на папку в boot.ini не совпадает с именем папки, в которую были установлены системные файлы Windows.

Как правило, это означает, что кто-то переименовал папку %systemroot% или создал новую папку и переместил в нее файлы Windows. В таком случае нужно переместить файлы обратно в то место, которое указано в boot.ini. Если boot.ini. был кем-то отредактирован, следует исправить эту ошибку.

Загрузка драйверов и служб

Теперь Ntldr загружает низкоуровневые системные службы и драйверы устройств, но службы не инициализируются — это происходит позже. На этом фаза начальной загрузки завершается и начинается процесс основной загрузки (load sequence или kernel phase).

При загрузке системных служб и драйверов устройств Ntldr следует определенному порядку. В процессе установки Windows драйверы и системные службы копируются на компьютер, а информация о них записывается в реестр. Данные в реестре представляют собой шестнадцатеричную запись, оканчивающуюся числом в круглых скобках. Это число и определяет порядок, в котором Ntldr загружает драйверы и системные службы. Для примера следует открыть реестр и перейти в раздел HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEM
CurrentControlSetServices. На экране появится длинный список служб и драйверов устройств. Выберите любой подраздел и взгляните на данные типа REG_DWORD под именем Start.

(0) означает, что служба загружается во время фазы основной загрузки.
(1) означает, что служба загружается во время фазы инициализации (следующая фаза).
(2) означает, что служба загружается во время фазы загрузки, предназначенной для служб.
(3) означает, что служба включена, но не инициализируется (запуск службы осуществляется вручную через оснастку Services консоли Microsoft Management Console (MMC)).
(4) означает, что служба отключена.

Загрузка операционной системы

Ntoskrnl начинает загрузку операционной системы. Инициализируется ядро Windows и загружаются и инициализируются подсистемы. Эти действия формируют базовые элементы, необходимые для завершения загрузки операционной системы. Загрузочные драйверы, которые модуль Ntldr загрузил ранее, теперь инициализируются, вслед за чем инициализируются оставшиеся драйверы и службы. Когда инициализируются драйверы первого уровня, может возникнуть проблема в виде ошибки STOP или Blue Screen of Death. Это почти всегда бывает в процессе первой загрузки после обновления какого-либо драйвера. Во время инициализации драйвера файлом Ntoskrnl операционная система отторгает его.

Для решения проблемы необходимо перезагрузить компьютер, нажать F8 для отображения меню дополнительных возможностей (Advanced Options) и выбрать вариант загрузки последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration), соответствующей предыдущей версии драйвера.

Теперь ядро Windows и исполняющие модули работоспособны. Программа Session Manager Subsystem (smss.exe) настраивает пользовательскую среду. Система выполняет сверку с реестром, для того чтобы иметь возможность начать загрузку оставшихся драйверов и программного обеспечения, которые необходимо добавить. Ядро операционной системы также загружает файлы kernel32.dll, gdi32.dll и user32.dll, которые обеспечивают программное обеспечение пользователя доступом к Win32 API.

Регистрация компьютера в домене

В то время когда загрузка ядра и инициализация драйверов еще не закончилась, компьютер регистрируется в домене. Используя учетную запись компьютера (уникальное имя с собственным паролем), компьютер открывает защищенный канал к контроллеру домена (DC). Все это происходит до того, как на экране появляется диалоговое окно для регистрации пользователя в системе.

Учетные записи компьютера используются между клиентскими компьютерами (включая автономные серверы) и контроллерами доменов. В пределах одного домена один и тот же процесс происходит с участием нескольких DC. Поэтому важен порядок, в котором включаются компьютеры после штатного отключения. Защищенный канал используется компьютерами для обмена информацией, необходимой для аутентификации и авторизации. Учетные записи компьютера повышают безопасность сети, гарантируя, что пытающийся отправить важную информацию компьютер действительно является членом домена.

В качестве дополнительной меры безопасности компьютеры (как и пользователи в сети с усиленной настройкой системы безопасности) должны периодически менять пароли. По умолчанию интервал смены пароля составляет 30 дней. Когда настает время менять пароль, компьютер генерирует новый пароль и отправляет его по защищенному каналу (доступ к которому он получил, используя предыдущий пароль) на ближайший DC. В дальнейшем для доступа к защищенному каналу компьютер должен использовать новый пароль.

DC немедленно обновляет свою базу данных и реплицирует изменение пароля компьютера на другие DC домена. Пароли учетных записей компьютера содержат отметку о событии первостепенной важности (Announce Immediately), поэтому они не дожидаются следующей репликации DC по расписанию. Иногда эти события могут вызывать заметное снижение производительности. Если у многих или у всех компьютеров домена срок действия паролей заканчивается в один и тот же день, работа, которую должны будут выполнить контроллеры домена, сразу же затормозит другие важные задачи DC, такие как аутентификация пользователей или выполнение запланированных репликаций. Ситуация может осложниться еще и в том случае, если DC предоставляет другие услуги, такие как, например, услуги сервера DNS. Можно изменить способ обслуживания паролей компьютера для домена, для организационной единицы (OU) и для индивидуального компьютера, хотя стремление повысить производительность путем настройки компьютеров по одному неэффективно. В следующей статье я планирую рассказать о методах изменения процедуры регистрации компьютера в домене.

Загрузка служб регистрации пользователя

Подсистема Win32 запускает winlogon.exe, которая выводит на экран диалоговое окно регистрации пользователя и загружает процесс Local Security Authority (lsass.exe). Начинается процесс регистрации, и пользователь должен ввести имя и пароль в диалоговом окне Windows Log On To. Если пользователь указывает правильные имя и пароль, система завершает процесс регистрации, и пользователь может начинать работать. В этот момент загрузка Windows окончена, а текущие параметры загрузки сохраняются в так называемой последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration). Нужно иметь в виду, что успешная регистрация пользователя необходима для сохранения Last Known Good Configuration.

Действительно, сбои во время загрузки мешают всем — и пользователям, и администраторам. Однако, если досконально разобраться в процессе загрузки, проблемы становятся менее устрашающими и администраторам удается без труда решить их.

Реальный режим против защищенного

Тем, кто работает с компьютерами со времен DOS, будет легко понять разницу между реальным и защищенным режимом. Но для тех, чье знакомство с компьютером состоялось после распространения Windows, она может быть не столь очевидной.

Если компьютер работает в реальном режиме, программы взаимодействуют непосредственно с его портами и устройствами. Например, когда происходит печать документа, программа отправляет поток данных прямо на порт принтера. Однако эта парадигма не подходит для многозадачной операционной системы. Представьте, что произойдет, если несколько программ станут одновременно отправлять потоки данных на порты компьютера. Порты недостаточно интеллектуальны и не имеют никакой возможности фильтровать или упорядочивать потоки данных в соответствии с отправляющими программами.

Если компьютер работает в защищенном режиме, порты и устройства системы защищены от приложений, которые их используют. Программа полагает, что отправляет данные на порт, но это виртуальный порт. Операционная система перехватывает поток данных и управляет им так, чтобы все приложения имели равный доступ к устройствам и чтобы данные каждого приложения не смешивались с данными других приложений.

Кэти Ивенс (kivens@win2000mag.com) — редактор Windows & .NET Magazine. Является соавтором более 40 книг по компьютерной тематике, включая «Windows 2000: The Complete Reference»

Источник

Компьютер включается не сразу после нажатия кнопки подачи питания. Ему нужно время на подготовку преимущественно программного комплекса. Пользователю приходится ждать, пока тестируется оборудование и происходит загрузка операционной системы. Процесс отличается для различных версий Windows подходом к размещению ядра и прочих файлов ОС в оперативной памяти.

Как выполняется загрузка ОС

«Операционки», файлы которых хранятся на жестком или твердотельном накопителе, называют дисковыми. Для запуска ОС копии их критически важных компонентов необходимо поместить в оперативную память, причём в определённой последовательности. Этим занимается программа запуска, находящаяся на системном разделе. Разберёмся, что собой представляет процесс загрузки операционной системы Windows.

Предзагрузка или POST

Этап, общий для запуска всех компьютеров. Ещё называется инициализацией аппаратуры средствами BIOS/UEFI, самотестированием оборудования.

Состоит из более чем десятка этапов.

После подачи электропитания на материнскую плату тактовый генератор сбрасывает состояние ЦП в исходное.

Выполнение микропрограммы BIOS – проверяет хэши или целостность программ в ПЗУ.

Идентификация центрального процессора.

Распознавание основных аппаратных компонентов системной платы.

Проверка и выделение первых 64 КБ оперативной памяти под BIOS, настройка прерываний.

Тестирование CMOS, элемента её питания.

Поиск загрузочных накопителей (жёсткие, твердотельные накопители, флешки).

Идентификация системных и периферийных устройств.

Подключение видеосистемы, передача картинки на дисплей.

Тестирование незадействованной ОЗУ для выявления неполадок в её работе.

Инициализация разнообразных контроллеров: накопителей, дисководов, устройств ввода (клавиатуры).

На финальном этапе предзагрузки BIOS передает управление загрузчику. Дальнейший процесс – начальная загрузка операционной системы – зависит от установленной на компьютере версии Windows.

Этапы загрузки операционной системы для ОС Windows 7

На этапе POST загрузчик попадает в оперативную память.

Он обращается к первому сектору активного тома для считывания содержимого основной загрузочной записи (MBR).

Получив сведения о таблице разделов и адресе активного диска, MBR помещает в ОЗУ содержимое его первого сектора – запускает boot manager – файл bootmgr.

Последний считывает BCD (Boot Configuration Data) из каталога Boot на активном разделе.

Если на компьютере установлено несколько ОС, появится меню с предложением выбрать нужную. По истечении определённого времени (30 секунд) грузится указанная по умолчанию операционная система.

Далее активируется модуль winload. exe.

Он запускает следующие составляющие ядра Windows: файлы hal.dll, ntoskrnl.exe.

Далее стартуют критические сервисы, драйверы.

В это время на дисплее отображается логотип Windows 7.

Выполняется winlogon.exe, управляющий авторизацией пользователей.

Если на ПК один аккаунт без пароля – загрузится Рабочий стол, в ином случае нужно выбрать пользователя, указать пароль. Финальный этап – запуск оставшихся драйверов, приложений из автозагрузки, выполнение запланированных задач, прорисовка графического интерфейса, подготовка рабочего пространства.

Перечислите основные этапы загрузки устаревшей операционной системы компьютера.

Порядок загрузки операционной системы Windows 10 на компьютере

Процесс запуска новой ОС от Microsoft с разметкой MBR почти не отличается.

PreBoot – предзагрузка. EFI (на старых компьютерах BIOS) выполняет инициализацию POST.

После завершения самотестирования и обнаружения boot-раздела с него считывается первый сектор с загрузочной записью.

Стартует диспетчер запуска Windows 10, который помещает в память процесс winload.exe.

Тот занимается запуском ядра операционной системы.

После ядра грузятся основополагающие драйверы (с пометкой BOOT_START). Оно передаёт управление диспетчеру сеансов smss.exe.

Приложение подгружает оставшиеся драйверы (без метки BOOT_START), задействует периферийное оборудование.

Далее процедура переходит к процессу администратора Windows 10.

В память записывается файл для авторизации пользователей winlogon.exe – появится экран блокировки.

После можно выбирать аккаунт и загружать Рабочий стол, если установлен пароль или на ПК несколько учётных записей.

На компьютерах с новой средой UEFI вместо BIOS и таблицей разделов GPT, сменившей MBR, последовательность и этапы загрузки компьютера заметно отличаются.

Процедуру POST выполняет Platform Initialization (PI), а не BIOS. IP определяет причину старта: перезапуск, выход из сна. В состав этапа входит подготовка среды выполнения драйверов.

После тестирования оборудования запускается менеджер загрузки.

Последний определяется со списком драйверов и модулями UEFI, нужными на текущем этапе. Предлагает интерфейс для взаимодействия с пользователем.

Запускается загрузчик операционной системы или собственный UEFI OS loader, совместимый с EFI.

Далее задействуется рассмотренный ранее алгоритм с шага №3: стартует ядро, критические драйверы, менеджер сессий, службы, Проводник, прикладные программы.

Алгоритм применим только к накопителям с файловой таблицей GPT, которая заметно отличается от дисков с MBR.

В процессе загрузки операционной системы Windows происходит в разы больше событий. Мы описали её максимально просто.

В случае с UEFI появилась функция Fast Boot – быстрого старта. Platform Initialization пропускает часть операций инициализации аппаратных компонентов, которые Windows всё равно повторяет. Протокол Secure Boot предотвратит загрузку неподписанных драйверов, приложений, вредоносного ПО.

В процессе загрузки ОС происходит самотестирование аппаратного комплекса, предварительное считывание файлов в ОЗУ, запуск ядра Windows, её необязательных компонентов, затем – прикладного программного обеспечения.

Источник

Процесс загрузки Windows

Вкл. ПК

Инициализация оборудования,

Построение таблицы векторов- BIOS прерываний

			BIOS
	Выбор активного раздела и поиск

	загрузчика (boot record)

(можно нажать F8 для выхода в меню загрузки)

Поиск и

считывание в Boot record ОЗУ файла IO.sys

Отображение заставки Windows

Поиск и

считывание в

IO.sys

ОЗУ MSDOS.sys

Обработка config.sys (если есть)

IO.sys

Поиск и загрузка command.com

Обработка autoexec.bat (если есть)

Command.com

Автовыполнение команды win.com

Проверка состояния оборудования. Запрос перечня установленного оборудования, включение функции Plug and

		Диспетчер
Загрузка vxd виртуальных драйверов
	виртуальной
устройств и их инициализация
	машины

		vmm32.vxd

Загрузка 16разрядного ядра

Windows 9x

User.exe

Gdi.exe

Krln386.exe

Windows готова к работе в 16-разрядном режиме

Вызов оболочки и загрузка приложения vwin32.386

Загрузка 32разрядного ядра user32.dll gdi32.dll kernel32.dll

Windows работает в 32-разрядном режиме

Ввод имени и пароля (если есть)

Формирование графического интерфейса

В процессе загрузки:

1) автоматическое

тестирование

Место

основных аппаратных

компонент

BIOS

расположения-

(ОЗУ) при включении компьютера.

ПЗУ или ППЗУ

На экране — счётчик. По окончании —

Basic

выдача сообщения ‘ОК’;

Input

2) инициализация векторов —

Output

прерываний нижнего уровня;

System

3) считывание с системного

диска в

(базовая

ОЗУ несистемного блока начальной

система

загрузки MBR.

ввода-

В процессе работы:

выводв

)

управление стандартными ПУ

Файл MS-DOS.sys

Представляет собой тестовый файл, содержащий настройки загрузки Windows. Содержит две секции. Заголовки секций записываются в квадратных скобках. В секциях содержатся строки.

1)секция [Paths]

Команды:

WinDir=имя основного каталога Windows 9x

WinBootDir=имя каталога, из которого осуществляется загрузка Windows 9x HostWinBootDrv=имя загрузочного диска

Например, WinDir=C:Windows WinBootDir=C:Windows HostWinBootDrv=C:

2)секция [options]

Команды: BootMulti=1 (0)

Параметр 1 используется по умолчанию и разрешает двойную загрузку, по нажатии F4 выполняется загрузка предыдущей версии DOS.

BootDelay=2

Время, в течении которого Windows 9x ждет нажатия клавиши управления загрузкой F8.

BootFailSafe=0 (1)

Параметр 1 устанавливает режим загрузки — защита от сбоев. BootKeys=1 (0)

Параметр 0 запрещает обработку нажатия клавиши F8. BootMenu=0 (1)

Параметр 1 выводит в процессе загрузки загрузочное меню без нажатия клавиши F8.

Кроме этих строк в файле могут содержаться строки со значками *, например,

*************************************************

Они смысловой нагрузки не несут, но удалять их нельзя, т.к. размер файла должен быть не менее 1024 байт, что требуется для совместимости с другими программами.

Функции config.sys, включенные в IO.sys

Файл config.sys располагается в корневом каталоге системного диска, представляет собой текстовый файл, задающий параметры DOS, указывающий, какие драйверы устройств нужно загрузить. В Windows необходим только для поддержки раскладки кириллицы для клавиатуры при работе с DOS-программами. Ряд команд встроены в модуль IO.sys.

1)DOS=high

2)himem.sys

3)ifshlp.sys

4)setver.exe

5)files=60

6)lastdrive=z

7)buffers=30

stacks=9,256

9)shell=command.com/p

10)fcbs=4

11)dos=auto

Меню загрузки F8

	Команда		Назначение
1.	Normal	Запуск	Windows в обычном режиме
		(используется системой по умолчанию
		при отсутствии проблем)
2.	Logged (bootlog.txt)	Запуск с созданием файла bootlog.txt в
		корневом каталоге диска C:. В нем
		содержится протокол загрузки со всеми
		подключенными	драйверами.
		Используется при возникновении проблем
		или неполадок в системе для выявления
		ошибки.
3.	Safe mode	Запуск Windows в режиме защиты от
		сбоев,	в простейшей	конфигурации
		(недоступен CD-ROM, сеть, имеются
		ограничения по режиму DOS).
4.	Safe mode with network	Тоже, что и в п.3, но с поддержкой сети.

support

Step-by-step confirmation

Загрузка в пошаговом режиме, на экран

последовательно выдаются строки файлов

конфигурации. Enter – для выполнения

команды, Esc – для отказа. Драйверы и

модули

Windows

выполняются

без

подтверждения.

Command prompt only

Загрузка в стандартном режиме (DOS-

загрузка) без запуска графического

интерфейса.

на

экран

выдается

приглашение DOS С:. Для продолжения

загрузки нужно

выполнить

команду

win.com

Safe mode command

Комбинация пп. 3 и 6. Запуск интерфейса

prompt only

Windows невозможен.

Приём и обслуживание команд ОС

клавиатуры;

внутренних

команд

Файл command.com в

2) выполнение

корневом

каталоге

ОС;

Command

системного диска.

выполнение

командных

файлов

Interpretator

(.com, .exe);

(командный

4) загрузка

программ в

память для

процессор)

выполнения;

прерываний

по

5) обработка

завершению задачи

Организация оперативной памяти ПК

( О З У )	Высшая зона или	расширенная память	(XMS)
в о п а м я т и	зонапамяти	384К
а н с т	Верхняя	(UMA) –
е с н о е п р о с т р	Область пользователя	(стандартная память)	580К
А д р	Область DOS

	Управляется драйвером himem.sys
	Размер ограничен физической памятью ПК
	(объемом ОЗУ)

	Область высокой памяти (HMA)	64K
	Command.com (нерезидентная часть)
	IO.sys
1024К (1М)	ROM BIOS (копия BIOS)

	Блоки UMB (Upper Memory Blocks) – 4х16=64 К	16К
	Управляется драйвером emm386.exe	16К
		16К
		16К

	Видеопамять (видеодрайверы)
640К	Command.com (резидентная часть)
	Системный стек	256 б
	Прикладные программы DOS
60К	Vmm32.exe	15K
	Win.com	4K
	Драйверы реального режима (MS DOS) (himem,
	emm386, display)
	Буфер
	MSDOS.sys	28К
0000:0000	Таблица векторов прерываний

Основные области памяти:

1) Стандартная (базовая) память (conventional (Base) memory) в которой работают программы и которая доступна пользователю. Её объём — 640 кбайт.

Первые 60 Кб от её объёма называют область DOS. Оставшиеся 580 Кб – область пользователя.

Таблица векторовпрерываний занимает зону размером 1 Кб. Содержащий адреса программ, вызываемых при определённых ситуациях (нажатие функциональной клавиши). Каждая запись в таблице векторов — прерываний имеет длину в 4 байта и содержит 1 адрес в формате “ сегмент :

смещение “. Таблица векторов — прерываний может содержать max 256 адресов.

По нажатии функциональной клавиши или поступлении соответствующей команды считывается запись в таблице и выполняется программа, расположенная по этому адресу. По окончании компьютер продолжает выполнение программы, которую он выполнял до поступления этого требования.

2)Верхняя зона памяти (UMA — Upper Memory Area) — память между 640 кб и 1 Мб – 384 Кб.

В нижних адресах содержит память дисплея — видеопамять, в верхних — копию BIOS.

Часть UMA, использующая свободные адреса (4 зоны х 16 кбайт = 64 кбайта) называется UMB (upper memory blocks). Доступна через драйвер памяти emm386.exe.

3)Расширенная (extended) память — XMS память за пределами 1 Мб. Используется специально разработанными программами. Управляется драйвером himem.sys. Ее размер ограничен физической память ПК.

Область высокой памяти (HMAhigh memory area) — часть расширенной памяти, располагающаяся сразу за границей 1 Мб и имеющая размер 64 Кб. В ней располагается модуль IO.sys и нерезидентная часть command.com. Представляет собой окно, через которое можно работать с расширенной памятью.

Уровни защиты процессора 80386

Существует 4 уровня (кольца) привилегированности. В каждый момент времени процессор работает только с одним уровнем привилегий.

			Прикладные
			программы

	кольцо 3

	уровня
Функции ОС, 32-


			разрядный код
ядро-пользователь



кольцо 0		Драйверы
уровня		устройств



			Аппаратные
			средства

Вкольце 0 уровня выполняется код системного уровня. программы работают с аппаратурой напрямую. Используется файловая система защищенного режима, диспетчер виртуальных машин (ДВМ) – файл vmm32.vxd и аппаратно-ориентированные драйверы.

В3 кольце выполняются прикладные программы и части операционной системы.

Т.о. в Windows 9x реализована 2-ух уровневая модель защиты – «ядропользователь» или «клиент-серевер».

Типы драйверов устройств

В Windows 9x применяется архитектура «универсальный драйвер/минидрайвер». Универсальный драйвер включает большую часть кода, необходимого конкретному классу устройств для взаимодействия с соответствующими компонентами системы. Минидрайвер – сравнительно небольшой и простой драйвер, содержащий дополнительные инструкции, необходимые для работы конкретного устройства.

Windows 9x поддерживает 3 типа драйверов устройств:

1)драйверы реального режима MS-DOS, файлы с типом *.sys, подключаемые в файле конфигурации config.sys. используются DOSрежимом. Требуют повышенных ресурсов и процессорного времени.

2)16-разрядные драйверы Windows 3.1 (11), файлы с типом *.drv. Представляют собой драйверы стандартных устройств, например, system.drv, keyboard.drv, mouse.drv, vga.drv, netware.drv, speaker..drv. Содержатся в каталоге System основного каталога Windows.

3)32-разрядные виртуальные драйверы для Windows 3.1 (11) (тип *.386) и для Windows (тип *.vxd). Управляют системным ресурсом (аппаратным или программным) и позволяют использовать этот ресурс более чем одному приложению. VxD – общее название семейства драйверов виртуальных устройств, где буква х означает тип конкретного драйвера, например, драйвер дисплея – vdd, таймера – vtd, принтера – vpd и т.д. Драйверы vxd загружаются динамически, т.е. в памяти присутствуют необходимые в данный момент драйверы. Они используются файлом ДВМ vmm32.vxd, который имеет разный размер на разных ПК в зависимости от их конфигурации, кроме того динамически изменяет свой размер, в зависимости от количества работающих в данный момент драйверов. Содержатся в каталоге System основного каталога Windows.

Кроме того встроенные функции операционной системы содержатся в динамической библиотеке связей (DLL – Dynamic Linking Library). Они представляют собой набор файлов с типом *.dll, которые вызываются в работу конкретным приложением по мере необходимости. Т.о. приложению нет необходимости содержать все функции в своем программном коде. Содержатся в основном каталоге Windows, в каталоге System, а также в каталогах установленных приложений.

Соседние файлы в предмете Операционные системы

Источник