如何正确理解计算机启动过程？

wang56889

一直疑惑计算机启动操作系统过程到底是怎样的？不同的操作系统是不是也有区别？下面理解不知道对不对，求科普.

更新1（19/03/19）：
1.MBR分区结构图


2.BIOS主板启动流程图

- 通电：按下计算机电源按钮，主板通电，重置CPU。
- 加载BIOS：固化在主板ROM芯片里的BIOS程序就会被CPU加载到内存运行。
- 读取COMS：BIOS程序自检(POST)完毕以后加载COMS芯片里保存的参数。通过COMS的参数， BIOS程序加载指定(启动顺序)磁盘的第一个扇区(即主引导记录MBR)到内存里运行。
- 加载MBR：MBR里不同的引导代码(BootLoader)引导操作系统流程略有不同，微软的BootLoader做法是加载分区表(DPT)中标记为活动标志的分区引导记录(PBR)，PBR里的引导代码加载操作系统的引导文件到内存运行，例如 Windows 的 bootmgr。而Linux的BootLoader(如Gurb)则会分阶段加载，直接查找所有分区，加载第一个引导文件(如grldr)。
- 加载引导文件：当引导文件运行后，操作系统内核就被加载运行，完成从 BIOS 程序(准确的说是从MBR)中接手的引导流程。
注：MBR最早在1983年在IBM PC DOS 2.0中提出，显然MBR的定义与IBM以及微软有关(猜测)，而Linux操作系统不存在活动分区概念(分区表里第一个1字节)。关于主分区(很久以前就是普通分区)，扩展分区(后来发明的，用来容纳逻辑分区)，逻辑分区(由于MBR分区表限制，发明了逻辑分区从而可以让分区数量超过了4个)这里不再赘述。

3.GPT分区结构图


4.UEFI主板启动流程(待商榷)

UEFI启动流程大概如下：
- 开机，启动主板上的EFI系统(理解为简易的操作系统，内部包含了boot loader功能——成为启动管理器)，会识别硬盘分区结构(MBR或GPT)
- 如果是MBR分区结构那么启动管理器直接查找第一个FAT分区里的efi可执行文件
- 如果是GPT分区结构，首先读取全局参数NVRAM里的efi可行文件路径，如果参数没有记录则去加载EFI属性的分区(即ESP分区)查找bootx64.efi(或bootia32.efi)可执行文件，如果没有EFI属性分区就去查找FAT分区里的efi可执行文件。
- efi可执行文件加载后会加载操作系统的引导文件，然后启动操作系统内核。
注：如果UEFI开启了BIOS兼容模式(即CSM)则会直接转到BIOS的启动流程，去加载硬盘第一扇区(即MBR)，由MBR里的boot loader去启动操作系统 。
EFI可执行文件是UEFI规定的，由UEFI启动管理器加载。

5.启用UEFI 的条件
- 电脑主板支持UEFI(2010年后的主板基本都支持)。
- 操作系统支持UEFI(64位Windows基本都支持)
- 磁盘具有 GUID 分区表(GPT)。
- 磁盘分区表中必须有ESP分区(特殊标志的FAT分区，也叫EFI系统分区)，该分区要作为第一个磁盘分区(进入系统会自动隐藏)。
- 可启动的efi文件，一般为\EFI\BOOT\BOOTx64.EFI (注:不同平台文件名可能不同)。

初稿：

BIOS(上)与UEFI(下)启动过程

个人理解的PC启动过程：不知道对不对
1.计算机通电，CPU初始化。
2.固化在主板ROM芯片里的BIOS程序就会被CPU加载到内存运行。
3.BIOS程序自检(POST)完毕以后加载COMS芯片里保存的参数。
4.通过COMS的参数， BIOS程序加载指定(启动顺序)磁盘的第一个扇区(即主引导记录MBR)到内存里运行。
通过运行MBR的引导代码(BootLoader)，
5.A 微软的BootLoader找到分区表(DPT)中标记为活动标志的分区引导记录(PBR)被加载到内存。
PBR里的引导代码加载操作系统的引导文件到内存运行，例如 Windows 的 bootmgr。
5.B Linux的BootLoader(Grub)会分阶段运行(需要访问文件系统)加载引导文件。
6.当引导文件运行后，操作系统内核就被加载运行，完成从 BIOS 程序(准确的说是从MBR)中接手的引导流程。

注：Mac电脑(貌似在10.6tiger以后)使用EFI，有Windows多系统时部分系统版本采用混合分区(MBR+GPT)。

疑问：-----------------------------------------------
1.MBR到底是不是微软或IBM的专利(想当年微软购买QDOS卖给IBM后长期合作)？
2.BootLoader有很多种吗？如USB-HDD(+)，USB-ZIP(+)，USB-FDD，USB-CDROM，NTX.X，grub4dos，grub2，FBINST，PLoP Boot Manager。
3.是BIOS导致了这些混乱吗？
4.能不能谈谈Mac电脑分区结构更加混乱？

rush

本来标准中就没有关于分区的定义，BIOS只读取前面MBR，跟后面接的具体文件系统无关，以前有大神说过现在BIOS都为了更好兼容NTLDR或者bootmgr做了些不为人知的事情，才导致了引导其他系统出各种毛病

JCDN

应该是先自检吧，自检通过CPU才会工作

wang56889

rush 发表于 2019-3-13 17:00
本来标准中就没有关于分区的定义，BIOS只读取前面MBR，跟后面接的具体文件系统无关，以前有大神说过现在BIO ...

是的，BIOS只加载MBR(MBR里的BootLoader如何启动电脑与BIOS没任何关系)。BIOS这种没有规范的事实标准缺点太多，也是UEFI产生的原因。

wang56889

JCDN 发表于 2019-3-14 06:31
应该是先自检吧，自检通过CPU才会工作

冯诺依曼现代计算机体系告诉我们，所有的指令与数据都是经过cpu处理的(可能后来有改进)。所以我的猜测是：bios里面的自检代码也需要cpu来运行，因此需要先初始化cpu。

rush

wang56889 发表于 2019-3-14 09:47
是的，BIOS只加载MBR(MBR里的BootLoader如何启动电脑与BIOS没任何关系)。BIOS这种没有规范的事实标准缺点 ...

其实我更喜欢BIOS，uefi规定使用FAT文件系统作为引导分区就已经很无语了。BIOS规范纯粹就是被ntldr搅乱的。

2012hfl

一蛋双星     无忧   远景

wang56889

2012hfl 发表于 2019-3-14 20:19
一蛋双星     无忧   远景

老铁， 666

brook

这个做的好，我的理解好像也是这样

hszgb

要深入学习了

wang56889

brook 发表于 2019-3-20 00:56
这个做的好，我的理解好像也是这样

mac os引导也是这样的吗？

iloveu1234

学习学习 一直在用而不知道启动过程