Азбука админа: процесс загрузки Windows. Процесс загрузки Windows или что спрятано под стартовым логотипом

Для нормальной работы компьютера необходимо, чтобы основные модули опера­ционной системы находились в оперативной памяти. Поэтому после включения компьюте­ра организована автоматическая перезапись (загрузка) операционной системы с диска в оперативную память.

Программное обеспечение лучше всего работает, когда оно разделено на уровни, причем каждый уровень выполняет какую-то свою функцию и освобождает другие, более высокие, уровни от заботы о деталях в рамках своего уровня. Исходя из этой философии, операционная система MS-DOS построена по модульному принципу и состоит из следующих составных частей:

Загрузчик операционной системы;

Системные файлы IO.SYS и MSDOS.SYS ;

Драйверы устройств.

Командный процессор MS DOS (файл COMMAND.COM);

Внешние команды MS DOS .

Кроме того, MS-DOS, как и все другие операционные системы для IBM PC , использует встроенное программное обеспечение компьютера, именуемое Базовой Системой Ввода-Вывода (BIOS).

Рассмотрим указанные программные модули в том порядке, в каком они загружаются в оперативную память после включения ПК.

Базовая система ввода-вывода - это самый низкий уровень управления, своего рода интерфейс между аппаратными средствами компьютера и программами. BIOS управляет непосредственно аппаратурой компьютера и избавляет другие программы от знания деталей того, как это делается. Программы BIOS записываются в ПЗУ компьютера фирмой-производителем и осуществляют:

самотестирование компьютера при его включении (программа POST);

инициализацию, т.е. настойку компьютерного оборудования (определяется конфигурация компьютера, устанавливаются необходимые значения некоторых регистров);

выполнение обслуживающих функций и обработку аппаратных прерываний;

загрузку операционной системы, записанной на магнитном диске (программа BOOT).

Сразу после включения компьютера начинает работать программа POST, проверяя работоспособность оперативной памяти и других компонентов компьютера. Затем BIOS производит инициализацию и пытается считать с диска в дисководе А: программу-загрузчик операционной системы, чтобы передать ей управление и продолжить процесс загрузки DOS. При отсутствии необходимых файлов или самого гибкого диска поиск продолжается на жестких дисках С:, D:, Е: и т.д. Если загрузочный (или, иными словами, системный) диск не найден, сообщение об этом выдается на монитор.

Отметим, что после окончания загрузки служебные функции BIOS (например, вывод отдельных байтов на диск или экран дисплея, чтение символа с клавиатуры, чтение показаний часов реального времени и т.п.) вызываются с помощью прерываний. Прерывание - это аппаратный механизм, который заставляет процессор прервать выполнение текущей задачи и заняться обработкой внешнего события. Таким событием может быть сигнал от внешних устройств ввода-вывода, запрос какой-либо программы или случай ошибки (деление на ноль, слишком большое целое число и т.д.).

Загрузчик операционной системы - это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты и жесткого диска (винчестера) с операционной системой MS DOS. Функция этой программы заключается в считывании с загрузочного диска в оперативную память системных файлов DOS.

Системный файл IO.SYS - это расширение BIOS. Этот модуль настраивает операционную систему на конкретную конфигурацию вычислительного комплекса и позволяет подключать новые драйверы к нестандартным устройствам ввода-вывода,

Системный файл MSDOS.SYS - модуль обработки прерываний. В основном он обслуживает файловую систему и распоряжается распределением оперативной памяти.

После считывания загрузчиком системные файлы постоянно находятся в оперативной памяти компьютера, т.е являются резидентными программами.

При успешной загрузке системных файлов программный модуль IO.SYS устанавливает требуемую конфигурацию вычислительной системы. С этой целью он помещает в оперативную память компьютера драйверы внешних устройств.

Драйверы внешних устройств представляют собой отдельные программные файлы, обеспечивающие операции взаимодействия с внешними устройствами. Перечень подключаемых драйверов содержится в файле конфигурации CONFIG.SYS. .

Командный процессор завершает процесс загрузки операционной системы. После того, как управление компьютером передано командному процессору, последний автоматически начинает выполнение специального командного файла - AUTOEXEC.BAT (если такой файл присутствует в корневом каталоге загрузочного диска). В файле AUTOEXEC.BAT указывают команды и программы, выполняемые при каждом запуске компьютера. С помощью этого файла можно произвести настройку параметров операционной среды. Например, со­здать виртуальный диск, обеспечить смену режимов печати, загрузить вспомогательные программы и т.д.

Файлы с расширением.ВАТ играют при работе в системной среде особую роль. Они содержат совокупность ко­манд операционной системы или имен исполняемых файлов. После запуска файла с расширением.ВАТ все записанные в нем команды выполняются автоматически одна за другой.

Если файл AUTOEXEC.BAT не найден в корневом каталоге диска, с которого загружается операционная система, то MS DOS запрашивает у пользователя текущую дату и время.

После выполнения файла AUTOEXEC.BAT процесс загрузки операционной системы заканчивается. Командный процессор выдает приглашение, показывающее, что MS-DOS готова к приему команд. Приглашение обычно имеет вид А:\> или, например,С:\>, если загрузка производилась с жесткого диска.

После включения компьютера в его оперативной памяти нет операционной системы. Само по себе, без операционной системы, аппаратное обеспечение компьютера не может выполнять сложные действия, такие как, например, загрузку программы в память. Таким образом мы сталкиваемся с парадоксом, который кажется неразрешимым: для того, чтобы загрузить операционную систему в память, мы уже должны иметь операционную систему в памяти.

Решением данного парадокса является использование специальной маленькой компьютерной программы , называемой начальным загрузчиком , или команд расположенных в постоянной памяти (например на IBM PC - команд перезагрузки без какой бы то ни было помощи). Данное программное обеспечение может обнаруживать устройства, подходящие для загрузки, и загружать со специального раздела самого выбранного устройства (чаще всего загрузочного сектора) данных устройств загрузчик ОС .

Начальные загрузчики должны соответствовать специфическим ограничениям, особенно это касается объёма. Например, на IBM PC загрузчик первого уровня должен помещаться в первых 446 байт главной загрузочной записи , оставив место для 64 байт таблицы разделов и 2 байта для сигнатуры AA55, необходимой для того, чтобы BIOS выявил сам начальный загрузчик.

История

Первые компьютеры имели набор переключателей, которые позволяли оператору размещать начальный загрузчик в памяти до запуска процессора . Затем данный загрузчик считывал операционную систему со внешнего устройства, например с перфоленты или с жесткого диска .

Псевдо-ассемблерный код начального загрузчика может быть столь же простым, как и следующая последовательность инструкций:

0: записать в регистр P число 8 1: проверить что устройство считывания с перфолент может начинать считывание 2: если не может, перейти к п. 1 3: прочитать байт с устройства считывания с перфолент и записать его в аккумулятор 4: если перфолента закончилась, перейти к п. 8 5: записать значение, хранимое в аккумуляторе, в оперативную память по адресу, хранящемуся в регистре P 6: увеличить значение регистра P на единицу 7: перейти к п. 1

Данный пример основан на начальном загрузчике одного из миникомпьютеров , выпущенного в 1970-х годах фирмой Nicolet Instrument Corporation.

0: записать в регистр P число 106 1: проверить что устройство считывания с перфолент может начинать считывание 2: если не может, перейти к п. 1 3: прочитать байт с устройства считывания с перфолент и записать его в аккумулятор 4: если перфолента закончилась, перейти к п. 8 5: записать значение, хранимое в аккумуляторе, в оперативную память по адресу, хранящемуся в регистре P 6: уменьшить значение регистра P на единицу 7: перейти к п. 1

Длина загрузчика второго уровня была такой, что последний байт загрузчика изменял команду, расположенную по адресу 6. Таким образом, после выполнения пункта 5 стартовал загрузчик второго уровня. Загрузчик второго уровня ожидал заправки в устройство считывания перфолент длиной перфоленты, содержащей операционную систему. Различием между загрузчиком первого уровня и загрузчиком второго уровня были проверки на ошибки считывания с перфоленты, которые часто встречались в то время, и, в частности, на используемых в данном случае телетайпах ASR-33.

Некоторые операционные системы, наиболее характерными их которых являются старые (до 1995 года) операционные системы компьютеров Apple Computer, настолько тесно связаны с аппаратным обеспечением компьютеров, что на данных компьютерах невозможно загрузить какую либо другую операционную систему. В данных случаях обычно разрабатывается начальный загрузчик, который работает как загрузчик стандартной ОС , а затем передает управление альтернативной операционной системе. Apple использовала данный способ для запуска A/UX версию Unix , а затем он использовался различными бесплатными операционными системами.

Устройства, инициализируемые BIOS

Загрузочное устройство - устройство, которое должно быть проинициализировано до загрузки операционной системы. К ним относятся устройства ввода (клавиатура , мышь), базовое устройство вывода (дисплей), и устройство, с которого будет произведена - дисковод , жесткий диск , флэш-диск, PXE).

Загрузочная последовательность стандартного IBM-совместимого персонального компьютера

Загружается персональный компьютер

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Загрузка операционной системы" в других словарях:

Загрузчик операционной системы системное программное обеспечение, обеспечивающее загрузку операционной системы непосредственно после включения компьютера. Загрузчик операционной системы: обеспечивает необходимые средства для диалога с… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Ядро. Ядро центральная часть операционной системы (ОС), обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память и внешнее аппаратное… … Википедия

Для термина «Планировщик задач» см. другие значения. Планирование выполнения задач одна из ключевых концепций в многозадачности и многопроцессорности как в операционных системах общего назначения, так и в операционных системах реального… … Википедия

Это форма распространения системного программного обеспечения. Наличие дистрибутивов вызвано тем, что форма программного обеспечения, используемая для его распространения, почти никогда не совпадает с формой программного обеспечения работающей… … Википедия

Доверенная загрузка функция персонального компьютера для воспрепятствования несанкционированному запуску пользователя, загрузке операционной системы (ОС) и получению возможности доступа к конфиденциальной информации. Обеспечение… … Википедия

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

Windows XP стартует в интернет телефон автомате В информатике начальной загрузкой называется сложный и многошаговый процесс запуска компьютера. Загрузочная последовательность это последовательность действий, которые должен выполнить компьютер для … Википедия

Способность терминальных клиентов безопасно загружать операционную систему. Основным решением безопасной загрузки является проверка целостности и аутентичности файлов операционной системы, которые могут храниться на локальном жёстком диске,… … Википедия

Основная и дублирующая микросхемы ПЗУ материнской платы Gigabyte, содержащие BIOS компании AWARD. BIOS (англ. basic input/output system «базо … Википедия

Prefetcher компонент операционной системы Microsoft Windows, ускоряющий процесс её начальной загрузки, а также сокращающий время запуска программ. Prefetcher впервые появился в операционной системе Windows XP. Начиная с Windows Vista, он… … Википедия

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:

• Старт BIOS;
• Загрузку Windows XP;
• Загрузку Windows Vista/7.

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:

Сигналы AMI

Сигналы AWARD

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 config\system, очень часто система не может прочитать файл system и загрузка становится невозможна или начинается .

Процесс загрузки Windows Vista/7

Процесс загрузки Windows Vista и Windows 7 (Seven) начинает отличатся от процесса загрузки предыдущих версий ОС уже после чтения MBR. Установщик Windows создаёт небольшой загрузочный раздел, в котором и находяться всё, что нужно для запуска ОС. MBR передаёт загрузку PBR (Partition Boot Record), а затем стартует BOOTMGR (Windows Boot Manager). BOOTMGR пришёл на смену NTLDR и руководит загрузкой операционной системы. BOOTMGR читает параметры загрузки из Boot Configuration Database (BCD, Базы данных загрузочной конфигурации, пришла на смену boot.ini) и загружает Winload.exe (OS loader boot application, загрузчик ОС). Winload.exe загружает ядро операционной системы, далее процесс загрузки похож на старт Windows XP.

Для редактирования Boot Configuration Database (BCD) можно использовать утилиту Bcdedit.exe запустив её из Windows Recovery Environment (WinRE). Там же можно задействовать утилиту Bootrec.exe для исправления ошибок.

Надоело, что Windows 7,8,10 медленно загружается? ДА, чем больше времени установлена операционная система, тем больше начинает мучить эта тема. Компьютеры становятся всё мощнее и производительнее, но вместе с этим растут и запросы программ, которые разрабатываются под новое оборудование. Так, например, Windows XP загружается на порядок быстрее, чем Windows 7/10 на одинаковом оборудовании.

Так что теперь, отказаться от новых возможностей ради быстрой загрузки операционной системы? Нет, к счастью есть хитрые и не очень приёмы, которые помогут нам в решении данной проблемы. В этой статье вы узнаете как программно сократить время загрузки Windows до 20 секунд и менее.

Шаг первый, службы и процессы

В ОС Windows частенько запускаются лишние службы, которые тормозят загрузку и работу системы. Также предусмотрена поддержка разнообразного оборудования, поэтому службы, обеспечивающие его правильную работу, запускаются вместе с системой. Конечно, если система посчитала, что в службе нет необходимости (поскольку, соответствующего устройства в компьютере попросту нет), то она отключается. Но на запуск, проверку и остановку службы всё равно тратится время.

Запускаем программу «Конфигурация системы», для этого жмём «Win+ R», пишем в окошке: msconfig и жмём Enter. Чтобы отключить временно ненужные службы, переходим в одноимённую вкладку:

Но нужно понимать какие службы можно выключить, а какие необходимо оставить рабочими. По большинству служб легко найти информацию в интернете, поэтому останавливаться подробно на этом не буду. Скажу только: не надо торопиться и отключать всё подряд, это может печально отразиться на работе операционной системы.

Пользуясь той же логикой, отключаем программы, загружаемые при старте системы, на следующей вкладке «Автозагрузка». Более подробно рассказано в отдельной статье. Для применения новых параметров запуска необходимо будет перезагрузить компьютер.

Шаг второй, реестр

Существует в Windows слабое место – реестр. Так уж издревле повелось, что большинство жизненно важных параметров Windows хранятся в иерархической базе данных. От того, с какой скоростью ОС находит нужные записи в реестре, напрямую зависит как скорость загрузки, так и работа ОС Windows в целом.

Не редко деинсталляторы программ работают неэффективно, оставляя в реестре записи о своём присутствии и работе (параметры, регистрируемые библиотеки, привязка к определённым расширениям файлов и т.д.). Такие записи можно считать мусором, захламляющим БД. И от этого мусора необходимо избавляться, для чего стоит использовать такие утилиты как, например, Reg Organizer, CCleaner, Ashampoo WinOptimizer и другие.

Запускаем CCleaner, переходим в раздел «Реестр», нажимаем «Поиск проблем», и по окончанию — «Исправить выбранное»:

Во время такой очистки, да и просто во время работы Windows, реестр постоянно подвергается фрагментации. Значит необходимо будет выполнить ДЕфрагментацию реестра. Это можно сделать с помощью программы Defraggler , того же разработчика. Однако, сделаю важное замечание, что в некоторых случаях «чистка» реестра может затронуть и важные параметры. Поэтому обязательно предварительно , и в случае проблем в работе Windows вы сразу сможете восстановиться до предыдущего состояния.

Шаг третий, главный

Теперь можно приниматься за глубокую оптимизацию процесса загрузки системы и программ. Во время выполнения приложений может происходить множество побочных действий, таких как долгая загрузка дополнительных библиотек и подпрограмм, предсказание условных переходов, кеш промахи и всё в таком роде. Анализ таких данных называется профилированием.

Поскольку рассматриваемая ОС создана компанией Microsoft, то воспользуемся профилировщиком, созданным в той же компании – Windows Performance Toolkit. С недавних пор этот инструмент стал входить в состав Windows SDK . На сайте компании Microsoft можно скачать web-установщик.

Все входящие компоненты ставить необязательно, можно обойтись лишь Windows Performance Toolkit

Данный инструмент позволяет провести трассировку загрузки операционной системы с самого начала. Нам нужен исполняемый файл «xbootmgr.exe», который находится в той папке, куда вы соизволили установить Windows Perfomance Toolkit, по умолчанию он располагается в директории «C:\Program Files\Microsoft Windows Performance Toolkit\».

Посмотрите видео или продолжите чтение статьи:

Для вызова утилиты следует запустить xbootmgr.exe с параметром, например параметр «-help» отобразит список всех возможных функций. Для этого нажимаем кнопки «Win + R» или идём в меню «Пуск -> Выполнить», и в окно вводим команду:

xbootmgr –help

Путь к файлу добавлять не обязательно, если и так запускается:

Ради интереса, если хотите посмотреть, как ваша система ведёт себя при запуске в данный момент, то выполните команду:

xbootmgr -trace boot

Она перезагрузит компьютер и соберёт данные во время запуска. Результат её работы можно посмотреть в файле boot_BASE+CSWITCH_1.etl , который xbootmgr сохранит в своей папке или в папке «C:\Users\ваше_имя». В этом файле содержится вся информация о поведении программ при запуске системы, можно увидеть много интересного. Для этого нужно кликнуть по файлу два раза, чтобы открылся Анализатор:

Если интересно, изучите информацию, здесь есть всё в мельчайших подробностях о процессе загрузки: сколько секунд ушло на запуск каждого процесса, как использовались ресурсы компьютера и др.

Теперь перейдём к делу — запустим процесс автоматического анализа и ускорения загрузки Windows. Выполните команду:

xbootmgr -trace boot –prepsystem

В ходе оптимизации, по умолчанию, будет выполнено 6 перезагрузок и в той же директории будет сохранено 6 файлов с информацией о поведении программ при каждой перезагрузке. Весь этот процесс довольно длительный, но участия пользователя не требует. С успехом можно пообедать пока программа работает. И не забудьте сначала проверить, что есть пару Гигабайт свободного места на диске «C:»!

После перезагрузок будут появляться сообщения в белом окошке, например «Delaying for boot trace 1 of 6» с отсчётом времени:

При этом не нужно пытаться работать за ноутбуком, просто ждите. Будут появляться и другие сообщения. На втором этапе окошко «Preparing system» у меня провисело минут 30, при этом процессор ничем загружен не был, но потом всё-таки перезагрузка произошла и остальные этапы прошли быстро. Реально на весь процесс может уйти час.

Что же делает Xbootmgr? Он не отключает не нужные службы и процессы, как могло показаться. Xbootmgr оптимизирует загрузку таким образом, чтобы в каждый момент времени ресурсы компьютера использовались максимально. Т.е., чтобы не было такого, когда процессор загружен на 100%, а жёсткий диск отдыхает, или наоборот. Также происходит . После последней перезагрузки ничего делать не надо, Windows будет загружаться, и даже работать, быстрее.

Шаг четвёртый, опасный

В семёрке, как впрочем и в XP (хотя об этом догадываются не все), есть поддержка многоядерных процессоров. Непонятно только почему система не всегда сама в состоянии задействовать все имеющиеся ресурсы при своём запуске, а начинает их использовать только, когда уже полностью загрузилась и пользователь приступил к работе.

Значит надо помочь ей задействовать имеющиеся ресурсы в параметрах запуска системы. Для этого нужно покопаться в конфигурации. Сочетанием клавиш «Win + «R» открываем окно «Выполнить» и пишем команду msconfig , жмём «Ок». В появившемся окне конфигурирования системы выбираем вкладку «Загрузка»

Выбираем «Дополнительные параметры»

В появившемся окне выставляем на максимум параметры «Число процессоров» и «Максимум памяти». Теперь внимание! Закрываем и снова открываем программу, смотрим что значение «Максимум памяти» не сбросилось в «0». Если так, то снимаем отсюда галочку, иначе система может не запуститься вообще . Перезагружаемся, готово.

Замечание: Если вы решите добавить оперативной памяти или заменить процессор на другой (с большим количеством ядер), то вышеуказанные параметры необходимо будет изменить. В противном случае, система просто не будет использовать дополнительную память и/или дополнительные ядра процессора.