WINDOWS操作系统启动过程详解

WINDOWS操作系统启动过程详解

基本上，操作系统的引导过程是从计算机通电自检完成之后开始进行的，而这一过程又可以细分为预引导、引导、载入内核、初始化内核，以及登录这五个阶段。

预引导阶段：

当我们打开计算机电源后，预引导过程就开始运行了。在这个过程中，计算机硬件首先要完成通电自检（Power-On Self Test，POST），这一步主要会对计算机中安装的处理器、内存等硬件进行检测，如果一切正常，则会继续下面的过程。

如果计算机BIOS是支持即插即用的（基本上，现阶段能够买到的计算机和硬件都是支持这一标准的），而且所有硬件设备都已经被自动识别和配置，接下来计算机将会定位引导设备（例如第一块硬盘，设备的引导顺序可以在计算机的BIOS设置中修改），然后从引导设备中读取并运行主引导记录（Master Boot Record，MBR）。至此，预引导阶段成功完成。

引导阶段：

引导阶段又可以分为：初始化引导载入程序、操作系统选择、硬件检测、硬件配置文件选择这四个步骤。在这一过程中需要使用的文件包括：Ntldr、Boot.ini、、Ntoskrnl.exe、Ntbootdd.sys、Bootsect.dos（非必须）。

初始化引导载入程序：

在这一阶段，首先出场的是ntldr，该程序会将处理器由实模式（Real Mode）切换为32位平坦内存模式（32-bit Flat Memory Mode）。不使用实模式的主要?因是，在实模式下，内存中的前640KB是为MS-DOS保留的，而剩余内存则会被当作扩展内存使用，这样Windows XP将无法使用全部的物理内存。而32位平坦内存模式下就好多了，Windows XP自身将能使用计算机上安装的所有内存（其实最多也只能用2GB，这是32位操作系统的设计缺陷）。

接下来ntldr会寻找系统自带的一个微型的文件系统驱动。大家都知道，DOS和Windows 9x操作系统是无法读写NTFS文件系统分区的，那么Windows XP的安装程序为什么可以读写NTFS分区？其实这就是微型文件系统驱动的功劳了。只有在载入了这个驱动之后，ntldr 才能找到硬盘上被格式化为NTFS或者FAT/FAT32文件系统的分区。如果这个驱动损坏了，就算硬盘上已有分区，ntldr也认不出来。

读取了文件系统驱动，并成功找到硬盘上的分区后，引导载入程序的初始化过程就已?完成了，随后我们将会进行下一步。

操作系统选择：

这一步并非必须，只有在计算机中安装了多个Windows操作系统的时候才会出现。不过无论计算机中安装了几个Windows，计算机启动的过程中，这一步都会按照设计运行一遍，但只有在确实安装了多个系统的时候，系统才会显示一个列表，让你选择想要引导的系统。

如果已经安装了多个Windows操作系统，那么所有的记录都会被保存在系统盘根目录下一个名为boot.ini的文件中。ntldr程序在完成了初始化工作之后就会从硬盘上读取boot.ini 文件，并根据其中的内容判断计算机上安装了几个Windows，它们分别安装在第几块硬盘的第几个分区上。如果只安装了一个，那么就直接跳过这一步。但如果安装了多个，那么ntldr就会根据文件中的记录显示一个操作系统选择列表，并默认持续30秒。如果你没有选

择，那么30秒后，ntldr会开始载入默认的操作系统。至此操作系统选择这一步已经成功完成。

小知识：系统盘（System Volume）和引导盘（Boot Volume）

这是两个很容易被人搞混的概念。根据微软的定义，系统盘是指保存了用于引导Windows的文件（根据前面的介绍，我们已清楚，这些文件是指ntldr、boot.ini等）的硬盘分区/卷；而引导盘是指保存了Windows系统文件的硬盘分区/卷。如果只有一个操作系统的话，我们通常会将其安装在第一个物理硬盘的第一个主分区（通常被识别为C盘）上，那么系统盘和引导盘属于同一个分区。但是，如果Windows安装到了其他分区中，例如D盘中，那么系统盘仍然是C盘（因为尽管Windows被安装到了其他盘，但是引导系统所用的文件还是会保存在C盘的根目录下），但您的引导盘将会变成是D盘。很难理解保存了引导系统所需文件的分区被叫做“系统盘”，而保存了操作系统文件的分区被叫做“引导盘”，不过这是出自微软的定义。

硬件检测：

这一过程中主要需要用到和Ntldr。当我们在前面的操作系统选择阶段选择了想要载入的Windows系统之后，首先要将当前计算机中安装的所有硬件信息收集起来，并列成一个表，接着将该表交给Ntldr（这个表的信息稍后会被用来创建注册表中有关硬件的键）。这里需要被收集信息的硬件类型包括：总线/适配器类型、显卡、通讯端口、串口、浮点运算器（CPU）、可移动存储器、键盘、指示装置（鼠标）。至此，硬件检测操作已经成功完成。

配置文件选择：

这一步也不是必须的。只有在计算机（常用于笔记本电脑）中创建了多个硬件配置文件的时候才需要处理这一步。

小知识：硬件配置文件：

这个功能比较适合笔记本电脑用户。如果你有一台笔记本电脑，主要在办公室和家里使用，在办公室的时候可能会使用网卡将其接入公司的局域网，公司使用了DHCP服务器为客户端指派IP地址；但是回到家之后，没有了DHCP服务器，启动系统的时候系统将会用很长时间寻找那个不存在的DHCP服务器，这会延长系统的启动时间。在这种情况下就可以分别在办公室和家里使用不同的硬件配置文件了，我们可以通过硬件配置文件决定在某个配置文件中使用哪些硬件，不使用哪些硬件。例如前面的例子，我们可以为笔记本电脑在家里和办公室分别创建独立的配置文件，而家庭用的配置文件中会将网卡禁用。这样，回家后使用家用的配置文件，系统启动的时候会直接禁用网卡，也就避免了寻找不存在的DHCP服务器延长系统启动时间。

如果Ntldr检测到系统中创建了多个硬件配置文件，那么它就会在这时候将所有可用的配置文件列表显示出来，供用户选择。这里其实和操作系统的选择类似，不管系统中有没有创建多个配置文件，Ntldr都会进行这一步操作，不过只有在确实检测到多个硬件配置文件的时候才会显示文件列表。

载入内核阶段：

在这一阶段，ntldr会载入Windows XP的内核文件：Ntoskrnl.exe，但这里仅仅是载入，