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WinXP计算机启动过程概述
chen在2005/9/12发表,被浏览12358

从按下计算机开关启动计算机,到登入到桌面完成启动,一共经过了以下几个阶段:  
1. 预引导(Pre-Boot)阶段;  
2. 引导阶段;  
3. 加载内核阶段;  
4. 初始化内核阶段;  
5. 登陆。  

每个启动阶段的详细介绍  
a) 预引导阶段  
在按下计算机电源使计算机启动,并且在Windows XP专业版操作系统启动之前这段时间,我们称之为预引导(Pre-Boot)阶段,在这个阶段里,计算机首先运行Power On Self Test(POST),POST检测系统的总内存以及其他硬件设备的现状。如果计算机系统的BIOS(基础输入/输出系统)是即插即用的,那么计算机硬件设备将经过检验以及完成配置。计算机的基础输入/输出系统(BIOS)定位计算机的引导设备,然后MBR(Master Boot Record)被加载并运行。在预引导阶段,计算机要加载Windows XP的NTLDR文件。  

b) 引导阶段  
Windows XP Professional引导阶段包含4个小的阶段。  
首先,计算机要经过初始引导加载器阶段(Initial Boot Loader),在这个阶段里,NTLDR将计算机微处理器从实模式转换为32位平面内存模式。在实模式中,系统为MS-DOS保留640kb内存,其余内存视为扩展内存,而在32位平面内存模式中,系统(Windows XP Professional)视所有内存为可用内存。接着,NTLDR启动内建的mini-file system drivers,通过这个步骤,使NTLDR可以识别每一个用NTFS或者FAT文件系统格式化的分区,以便发现以及加载Windows XP Professional,到这里,初始引导加载器阶段就结束了。  
接着系统来到了操作系统选择阶段,如果计算机安装了不止一个操作系统(也就是多系统),而且正确设置了boot.ini使系统提供操作系统选择的条件下,计算机显示器会显示一个操作系统选单,这是NTLDR读取boot.ini的结果。(至于操作系统选单,由于暂时条件不够,没办法截图,但是笔者模拟了一个,见图一。)  
在boot.ini中,主要包含以下内容:  
[boot loader]  
timeout=30  
default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS  
[operating systems]  
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS="Microsoft Windows XP Professional" /fastdetect  
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(2)\WINNT="Windows Windows 2000 Professional"  
其中,multi(0)表示磁盘控制器,disk(0)rdisk(0)表示磁盘,partition(x)表示分区。NTLDR就是从这里查找Windows XP Professional的系统文件的位置的。(*本文不会更详细地讲解boot.ini的组成结构,因为其与本主题关系不大,如果想了解,可以到一些专门的网站处查询相关信息。)如果在boot.ini中只有一个操作系统选项,或者把timeout值设为0,则系统不出现操作系统选择菜单,直接引导到那个唯一的系统或者默认的系统。在选择启动Windows XP Professional后,操作系统选择阶段结束,硬件检测阶段开始。  
在硬件检测阶段中,ntdetect.com将收集计算机硬件信息列表并将列表返回到NTLDR,这样做的目的是便于以后将这些硬件信息加入到注册表HKEY_LOCAL_MACHINE下的hardware中。  
硬件检测完成后,进入配置选择阶段。如果计算机含有多个硬件配置文件列表,可以通过按上下按钮来选择。如果只有一个硬件配置文件,计算机不显示此屏幕而直接使用默认的配置文件加载Windows XP专业版。  
引导阶段结束。在引导阶段,系统要用到的文件一共有:NTLDR,Boot.ini,ntdetect.com,ntokrnl.exe,Ntbootdd.sys,bootsect.dos(可选的)。  

c) 加载内核阶段  
在加载内核阶段,ntldr加载称为Windows XP内核的ntokrnl.exe。系统加载了Windows XP内核但是没有将它初始化。接着ntldr加载硬件抽象层(HAL,hal.dll),然后,系统继续加载HKEY_LOCAL_MACHINE\system键,NTLDR读取select键来决定哪一个Control Set将被加载。控制集中包含设备的驱动程序以及需要加载的服务。NTLDR加载HKEY_LOCAL_MACHINE\system\service\...下start键值为0的最底层设备驱动。当作为Control Set的镜像的Current Control Set被加载时,ntldr传递控制给内核,初始化内核阶段就开始了。  

d) 初始化内核阶段  
在初始化内核阶段开始的时候,彩色的Windows XP的logo以及进度条显示在屏幕中央,在这个阶段,系统完成了启动的4项任务:  
 内核使用在硬件检测时收集到的数据来创建了HKEY_LOCAL_MACHINE\HARDWARE键。  
 内核通过引用HKEY_LOCAL_MACHINE\system\Current的默认值复制Control Set来创建了Clone Control Set。Clone Control Set配置是计算机数据的备份,不包括启动中的改变,也不会被修改。  
 系统完成初始化以及加载设备驱动程序,内核初始化那些在加载内核阶段被加载的底层驱动程序,然后内核扫描HKEY_LOCAL_MACHINE\system\CurrentControlSet\service\...下start键值为1的设备驱动程序。这些设备驱动程序在加载的时候便完成初始化,如果有错误发生,内核使用ErrorControl键值来决定如何处理,值为3时,错误标志为危机/关键,系统初次遇到错误会以LastKnownGood Control Set重新启动,如果使用LastKnownGood Control Set启动仍然产生错误,系统报告启动失败,错误信息将被显示,系统停止启动;值为2时错误情况为严重,系统启动失败并且以LastKnownGood Control Set重新启动,如果系统启动已经在使用LastKnownGood值,它会忽略错误并且继续启动;当值是1的时候错误为普通,系统会产生一个错误信息,但是仍然会忽略这个错误并且继续启动;当值是0的时候忽略,系统不会显示任何错误信息而继续运行  
 Session Manager启动了Windows XP高级子系统以及服务,Session Manager启动控制所有输入、输出设备以及访问显示器屏幕的Win32子系统以及Winlogon进程,初始化内核完毕。  

e) 登陆  
 Winlogon.exe启动Local Security Authority,同时Windows XP Professional欢迎屏幕或者登陆对话框显示,这时候,系统还可能在后台继续初始化刚才没有完成的驱动程序。  
 提示输入有效的用户名或密码。  
 Service Controller最后执行以及扫描HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Servives来检查是否还有服务需要加载,Service Controller查找start键值为2或更高的服务,服务按照start的值以及DependOnGroup和DepandOnService的值来加载。  
只有用户成功登陆到计算机后,Windows XP的启动才被认为是完成,在成功登陆后,系统拷贝Clone Control Set到LastKnownGood Control Set,完成这一步骤后,系统才意味着已经成功引导了。

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