探秘操作系统引导过程

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大部分 PC 机仍然使用 BIOS 引导，默认（通用）的引导加载器（boot loader）。BIOS 是一种类型的固件，提供一些简单的菜单项，用户通过这写菜单项可以修改主板参数、引导设备顺序等内容。固件（firmware）可以看做一种软件，这种软件被写入芯片，所以是“固化”的。固件代码本身可以保存在只读存储器（ROM）中。也可保存在可编程只读存储器（PROM）或者电可擦除只读存储器（EEPROM）中，后两种形式更为常见。

1. 自诊断程序：通过读取 CMOS 中的硬件配置，并对其自检和初始化
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（bootstrap）：在自检成功后将磁盘相对 0 道 0 扇区上的引导程序装入内存运行
4. 主要 I / O 设置的驱动程序和中断服务

BIOS 和固件的功能是一样的：加载一些基本的自举（bootstrap）代码给 CPU 执行。自举程序和 BIOS 或者固件的职责是：初始化硬件、检测硬件、定位这些引导设备、执行引导加载器程序；引导加载器程序的职责是：寻找选择的操作系统、将所有必要的命令行参数传递给操作系统内核。

传统的 BIOS 引导操作系统（Windows）如下图：

计算机开机后，固化在 ROM 中的 BIOS 会被加载到内存运行，BIOS 自检完毕后就会加载 COMS 的参数，通过 COMS 的参数，BIOS 加载启动磁盘的 MBR 到内存运行。通过运行 MBR 的代码，记录在 MBR 分区表中，标记为活动分区的磁盘分区 PBR(Partition Boot Record)被加载到内存运行，PBR 在运行后可加载操作系统加载器（如 Windows 的 bootmgr）的代码到内存运行，操作系统加载器可加载操作系统内核到内存运行，进而完成 BIOS 的引导流程。

EFI(Extensible Firmware Interface)是一种取代传统 BIOS 的技术。BIOS 是一个固定的程序，而且通常是封闭的。EFI 是一个全功能的运行时系统，在引导期间提供了更为强大的接口，甚至在之后的运行时也提供了接口,EFI 程序通常是引导加载器。EFI 程序实际上是一个二进制程序。

EFI 的一般由一下几部分组成：

1. Pre-EFI 初始化模块
2. EFI 驱动执行环境
3. EFI 驱动程序
4. 兼容性支持模块（CSM）
5. EFI 高层应用
6. GUID 磁盘分区

NVRAM 是固件接口中一个非常强大的功能，而且这显然是 BIOS 没有的功能，NARAM 变量是在系统范围内存在的，操作系统和固件本身都可以访问。一般来说。NVRAM 变量可以分为以下几类：

• 引导相关的变量：用于指定要引导的内核和根文件系统，还负责向内核传递参数。
• 固件内部变量：固件使用的变量，一般被操作系统忽略
• 临时变量：根据需要设置或清空，通常在重新引导的时候不会保留

EFI 引导操作系统 (Windows) 过程如下图：

计算机开机后，就会加载固化在只读存储器 RAM 中的 pre-EFI 初始化程序，进行主桥及存储器的初始化工作，紧接着载入 EFI 驱动执行环境 (DXE)，EFI 驱动会被相继加载及初始化，接着加载、启动 EFI 系统，在 EFI 系统启动后，GUID 分区表就会被识别，之后 EFI 系统通过加载 NVRAM 的参数来决定是否启动 BootCamp 程序(苹果双重引导的解决方案)，不启动 BootCamp 程序就会启动启动装载程序(Boot Loader) 加载操作系统内核，完成 EFI 的引导流程。

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