操作系统引导

操作系统引导是指计算机在开机时，利用CPU运行特定程序，通过该程序识别硬盘、硬盘分区以及硬盘分区上的操作系统，并最终启动操作系统的过程。这是计算机能够正常启动和运行的基础，如果引导过程出现问题，计算机将无法启动或无法加载操作系统。以下是详细介绍：

引导过程

1. 初始阶段：按下电脑开机键后，CPU开始供电，执行预设内存地址中的指令，通常是一条跳转指令，使CPU跳转到BIOS程序的入口地址 。
2. BIOS阶段
   • 硬件自检（POST）：BIOS（基本输入输出系统）开始执行，首先进行硬件自检，确认计算机硬件（如内存、硬盘、CPU、显卡等 ）能否满足运行的基本条件。若硬件出现问题，主板会发出蜂鸣声并中止启动；若硬件正常，继续下一步 。
   • 加载引导扇区：BIOS设置里有“Boot Sequence”选项，可设置外部存储设备的启动顺序。硬件自检完成后，BIOS按此顺序将最前面存储设备的引导扇区内容加载到内存中，并跳转到引导程序的第一条指令 。BIOS将外部存储设备的第一个扇区（512B ）载入内存（放在0x00007C00处 ），若该扇区最后两个字节是“55 AA” ，则为引导扇区，该外部存储设备为可引导盘 。
3. 加载操作系统
   • MBR（主引导记录） ：BIOS找到活动分区的主引导记录（MBR ），它位于硬盘的0柱面、0磁头、1扇区 ，大小为512字节 。若MBR的512个字节最后两个字节是0x55和0xAA ，表明设备可用于启动；否则，控制权转交给“启动顺序”中的下一个设备 。MBR主要由三部分组成：第1 - 446字节是调用操作系统的机器码；第447 - 510字节是硬盘分区表（DPT ），用于将硬盘分成若干分区；第511 - 512字节是主引导记录签名（0x55和0xAA ） 。
   • PBR（分区引导记录） ：MBR会找到活动分区，计算机会读取激活分区的第一个扇区，即“卷引导记录”，也叫分区引导记录（PBR ） 。PBR负责寻找激活分区根目录下的启动管理器，如NTLDR（XP系统 ）、bootmgr（Win7及以上系统 ）、grldr（Grub，Linux环境常用 ）、btldr.mbr（BootLink ）等 。
   • 启动管理器 ：PBR将控制权交给启动管理器。启动管理器寻找激活分区中的启动配置数据，如Win7中的BCD文件、XP中的boot.ini文件 ，根据这些数据在显示器上显示多操作系统选择画面（如有多个操作系统 ）。用户选择相应操作系统后，控制权交给该操作系统 。
4. 内核初始化：操作系统内核被加载到内存后，引导程序将CPU控制权交给内核，内核开始执行初始化操作，包括对硬件、电路逻辑的初始化，以及对内核数据结构（如页表、段表等 ）的初始化 。
5. 全系统初始化：启动用户接口，使系统处于等待命令输入的状态。操作系统在此阶段为用户提供基本工作环境，接受、解释和执行用户的程序和指令 。不同系统和配置下，全系统初始化完成后的接口表现不同，可能出现图形界面的用户账户和密码输入界面（如Windows登录界面 ），也可能是命令行形式的用户登录界面（如Ubuntu Linux命令行登录界面 ） 。

关键组件

1. BIOS（基本输入输出系统）：主板的固件程序，固化在ROM芯片中 。负责控制管理硬件设备，提供引导过程中的硬件自检和加载引导扇区等功能，还可从CMOS中读写系统设置的具体信息 。
2. MBR（主引导记录）：位于硬盘特定位置，包含主引导程序、硬盘分区表和结束标志，用于引导计算机启动并指示操作系统所在位置 。
3. PBR（分区引导记录）：每个主分区自己的引导记录，负责加载活动分区的操作系统 。
4. Bootloader（引导加载程序）：操作系统引导过程中的重要组件，负责加载操作系统的内核和其他必要的系统文件 。

引导方式

1. BIOS引导（传统引导方式）：使用BIOS程序和MBR进行引导。BIOS找到第一个硬盘，然后搜索FAT/FAT32分区上的引导文件，如\EFI\BOOT\BOOTx64.efi或\efi\Microsoft\boot\bootmgrfw.efi ，最后读取BCD（启动配置数据 ）并启动对应的系统 。
2. UEFI引导（现代引导方式）：使用UEFI（统一可扩展固件接口）和GPT（GUID分区表）进行引导。UEFI提供更快速、更安全的引导过程，并支持更大的硬盘容量和更多的分区数量 。计算机首先加载UEFI固件，然后读取ESP（EFI系统分区 ）上的引导文件，并启动操作系统 。