操作系统引导

 

BIOS基础知识

Basic Input Output System，它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。 其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。形象地说,BIOS应该是连接软件程序与硬件设备的一座"桥梁",负责解决硬件的即时要求。

BIOS中包含以下几个主要程序：

1.     自诊断程序/（加电自检程序）：通过读取CMOS RAM中的内容识别硬件配置，并对其进行自检和初始化；

2.     CMOS设置程序：引导过程中，用特殊热键启动，进行设置后，存入CMOS RAM中；

3.         系统自举装载程序：在自检成功后将磁盘的引导程序装入内存，让其运行以装入操作系统；

4.         主要I／O设备的驱动程序和中断服务/（基本外围设备的驱动程序）： 由于BIOS直接和系统硬件资源打交道，因此总是针对某一类型的硬件系统，而各种硬件系统又各有不同，所以存在各种不同种类的BIOS。

MBR

MBR（Master Boot Record）,中文意为主引导记录。

一个扇区的硬盘主引导记录MBR：

·pre-boot区（预启动区）（偏移地址0000H--0088H），占446字节。

·出错信息数据区，偏移地址0089H--00E1H为出错信息，00E2H--01BDH全为0字节。
·分区表（DPT,Disk Partition Table）含4个分区项，偏移地址01BEH--01FDH,每个分区表项长16个字节，共64字节为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4。
·结束标志字，偏移地址01FE--01FF的2个字节值为结束标志55AA,如果该标志错误系统就不能启动。

0000-0088	Master Boot Record 主引导程序	主引导 程序
0089-01BD	出错信息数据区	数据区
01BE-01CD	分区项1（16字节）	分区表
01CE-01DD	分区项2（16字节）
01DE-01ED	分区项3（16字节）
01EE-01FD	分区项4（16字节）
01FE	55	结束标志
01FF	AA

MBR的大小是512字节，这正好是磁盘一个扇区的大小。它是不属于任何一个操作系统，也不能用操作系统提供的磁盘操作命令来读取它。但我们可以用ROM-BIOS中提供的INT13H的2号功能来读出该扇区的内容，也可用软件工具Norton8.0中的DISKEDIT.EXE来读取。

pre-boot区（预启动区）该区包含着查找引导分区的代码（例如Grub程序和默认的判断活动分区程序）。

BIOS和MBR

开启计算机电源后，启动BIOS，运行POST程序，POST将检测系统的总内存以及其他硬件设备的状况，将磁盘第一个物理扇区（MBR）加载到内存。启动MBR中的pre-boot引导程序，进一步选择分区，并从该分区上去读取引导文件（如XP系统的PBR（Partition Boot Record）），加载操作系统（XP系统的PBR会去找这个分区的ntldr，之后解析是boot.ini,选择启动的系统后load注册表,交控制权给ntoskrnl,然后加载驱动,系统配置等等）。

 

事实上，操作系统的引导还有其他方式，可以是不基于MBR的。EFI - Extensible Firmware Interface (可扩展固件接口)，EFI 原生支持的操作系统采用全新的 GPT (Globally Unique Identifier Partition Table Format，全局唯一识别分区表格式) 技术。苹果公司推出的酷睿双核 MacBook Pro 电脑率先引入 EFI 技术而成为另类，但这也给许多有意在 Mac 机上安装 Windows 的用户带来了困扰。

 

分区类型

一块磁盘，如果基于MBR引导，分区原则如下：

主分区(注意扩展分区也是一个主分区)的最大个数是四个，扩展分区的最大数为一个。这个是由MBR中只能存放4条磁盘分区记录决定的。

l         主分区   主分区就是写入MBR的磁盘分区记录对应的分区，它可以直接格式化，可以成为活动分区。

l         扩展分区   逻辑概念上的分区，它会被写入MBR，但是它本身不对应磁盘，必须在将扩展分区上建立逻辑分区后，才能进行读写。

l         逻辑分区   在扩展分区上建立起来的分区（Windows环境只能建立最多23个，字母数字限制）。

l         活动分区   针对MBR的默认pre-boot检测程序能够识别为可以启动的分区。正常情况下，它具有引导操作系统的能力。从这个角度出发，活动分区必须在主分区上（如果在逻辑分区上，是无法从PDT中查找到相应的分区），可以设置多个分区为活动分区， MBR中pre-boot程序会给出启动菜单，有时则会报错（如安装windows系统，它禁止多个活动分区存在）。

l         可引导的系统分区    只要包含了正常的操作系统引导文件，能够顺利完成操作系统装载并进入运行状态的分区。

MBR和分区

利用MBR实现引导，就是通过加载MBR的pre-boot程序，运行它来实现系统选择和引导。例如使用Grub，它就可以选择用于启动的分区，只要这个分区确实可以启动，而它完全可以是逻辑分区。Grub能够解析自己预定的指令，只要提供Grub能够解析的配置文件，就可以利用它，加载该可启动分区的启动文件，从而启动操作系统。

 

利用分区工具可以修改MBR的PDT，这些分区工具保证了只要修改了磁盘分区的结构，那么MBR就会做相应的改动。而对某个分区进行格式化，只是将磁盘分区的文件系统建立起来，用于对该分区的数据读写，完全不涉及MBR的记录信息。

 

小结：

假设两种情况，一种是默认的MBR引导程序，一种是将Grub写入MBR引导。

加电——启动BIOS（读取配置信息）——自检（检查硬件配置）——载入MBR（假设从硬盘启动）——执行pre-boot——选择到某个可引导分区，执行该分区的引导程序——操作系统启动。

两种情况的不同之处在于pre-boot程序的不同。默认的MBR中该区程序段的作用是判断哪个分区被标记为活动分区，然后选择该分区。

Grub托管之后呢，就会读取Grub的配置文件，选择分区（只要是可启动的分区）。