Windows启动过程详解

Windows启动过程详解

我们每天都在和Windows打交道，很多人可能每天都要面对多次W indows的启动过程，可是您知道在Windows的启动过程背后，隐藏着什么秘密吗？在这一系列过程中都用到了哪些重要的系统文件？系统的启动分为几个步骤？在这些步骤中计算机中发生了什么事情？这些就是本文试图告诉您的。

本文的适用范围

随着技术的发展，我们能够见到的计算机硬件种类越来越多。以计算机上最重要的组件CPU来说，目前就有很多选择。当然，这里的选择并不是说AMD或者Intel这种产品品牌，而是指其内部的体系结构。目前常见的CPU体系结构主要基于复杂指令集（Complex I nstruction Set Computing，CISC）或者精简指令集（Reduced Ins truction Set Computing，RISC），我们常用的Intel的Pentium、C eleron系列以及AMD的Athlon、Sempron系列都是基于复杂指令集的，而这些基于复杂指令集的CPU还有32位和64位的寄存器数据带宽区别。关于这些指令集以及寄存器数据带宽之间的区别等内容比较繁杂，而且不是本文的重点，感兴趣的朋友可以自己在网上搜索相关内容。因为CPU种类的不同，在不同CPU的系统中运行的Wind ows的启动过程也有一些小的不同。本文将会以目前来说最普遍的，在x86架构的系统上安装的32位Windows XP Professional为例向

您介绍。

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。

在继续阅读之前，首先请注意图1，这是Windows XP的操作系统结构，其中包括了一些在后台工作的组件以及经常和我们打交道的程序。在了解Windows XP的启动过程之前，对系统结构有一个初步概念是很重要的。

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。

如果您的计算机BIOS（固化在计算机主板上芯片中的一些程序）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 Mo de）。不使用实模式的主要原因是，在实模式下，内存中的前640 K B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2 GB，这是32位操作系统的设计缺陷。关于大内存的问题因为和本文的内容关系不大，因此这里不表，日后有机会再单独撰文介绍）。

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文件系统的分区的，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才能找到您硬盘上被格式化为NTFS或者FAT/FAT32文件系统的分区。如果这个驱动损坏了，就算您的硬盘上已经有分区，ntld r也认不出来的。

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经完成了，随后我们将会进行到下一步。

操作系统选择

这一步并非必须的，只有在您计算机中安装了多个Windows操作系统的时候才会出现。不过无论您的计算机中安装了几个Window s，计算机启动的过程中，这一步都会按照设计运行一遍，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，让您选择想要引导的系统。但如果您只有一个系统，那么引导程序在判断完之后会直接进入到下一阶段。

如果您已经安装了多个Windows操作系统（泛指Windows 2000 /XP/2003这类较新的系统，不包括Windows 9x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。只要您做出选择，ntldr就会自动开始装载被选择的系统。如果您没有选择，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）有什么区别？

这是两个很容易被人搞混的概念，因为根据微软对这两个名词的定义，很容易令人产生误解。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，我们已经清楚，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Wind ows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，如果您将您的Windows安装到了其他分区中，例如D盘中，那么系统盘仍然是您的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。很奇怪的规定，保存了引导系统所需文件的分区被叫做“系统盘”，反而保存了操作系统文件的分区被叫做“引导盘”，正好颠倒了。不过微软就是这样规定的。

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，Ntdetec 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