Этапы загрузки операционных систем

Давным-давно, когда я был маленьким работал в институтской лаборатории на большом компьютере СМ-3 (что-то вроде знаменитой PDP-11), bootstrapping (загрузка) ЭВМ выглядела так. В фотосчитыватель заправлялась коротенькая бумажная перфолента с пробитой на ней программой начальной загрузки, запускался процесс считывания, а дальше … как повезет.

Дело в том, что бумажная ленточка постепенно изнашивалась, начинала плохо читаться, и ЭВМ могла с первого раза «не завестись». В этом случае процесс нужно было повторять, порой несколько раз, до победного конца. Когда ленточка окончательно выходила из строя и машина никак не хотела «оживать», приходилось временно вводить программу начальной загрузки вручную при помощи расположенных на передней панели переключателей. Тут, главное, было не торопиться и не делать ошибок.

В современных компьютерах процесс загрузки большей частью автоматизирован, однако это не означает, что он не заслуживает того, чтобы с ним познакомиться.

Основные определения и этапы загрузки операционной системы

Включение компьютера, POST, BootMonitor

Начальный этап загрузки операционной системы после включения компьютера начинается в BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода). В настройках BIOS мы указываем загрузочное устройство, или ряд загрузочных устройств в порядке их приоритета. Возможны различные варианты загрузки и их комбинации: с жесткого диска, CD/DVD – диска, USB-flash и другие.

Сразу после прохождения POST (Power-On Self-Test — самотестирование после включения) BIOS компьютера начнет поочередно перебирать указанные загрузочные устройства до тех пор, пока на одном из них не найдет подходящую специальную запись, в которой содержится информация о дальнейших действиях.

Загрузчик 1-го уровня. Master Boot Record

Master Boot Record — главная загрузочная запись, расположена в первых физических секторах загрузочных устройств хранения. Она содержит таблицу разделов (Partition Table) и исполняемый код.

Главной задачей программы, записанной в MBR, является поиск активного системного раздела диска и передача управления его загрузочному сектору. Таким образом, эту стадию можно назвать подготовительной, в силу того, что непосредственно загрузки самой ОС еще не происходит.

Системным принято называть раздел диска (устройства хранения) на котором расположены файлы операционной системы, отвечающие за процесс загрузки ОС (сама операционная система может размещаться в другом разделе). В принципе, системных разделов может быть несколько, поэтому один из них отмечается как активный. Именно его ищет программа, загруженная с MBR.

Загрузчик 2-го уровня. Partition Boot Sector

Следующим этапом загрузки компьютера является передача управления исполняемому коду, записанному в PBS (Partition Boot Sector — загрузочный сектор активного раздела). PBS расположен в первом секторе (секторах) соответствующего раздела диска. В коде PBS прописано имя файла загрузчика операционной системы, которому и передается управление на этом этапе.

Начальный этап загрузки операционной системы. Менеджер загрузки ОС

Первоначально в Linux загрузчиком являлся LILO (Linux Loader). В силу имевшихся в нем недостатков, главным из которых была неспособность понимать используемые в Linux файловые системы, позднее начал использоваться загрузчик GRUB (GRand Unified Bootloader) в котором недостатки LILO были исправлены.

Если речь идет о версиях Windows до Vista, например, Windows XP, то будет загружен Ntldr. Он, в свою очередь, считывает информацию из текстового файла Boot.ini, в котором записана информация об установленных операционных системах.

Загрузка ядра операционной системы

Завершающим этапом загрузки операционной системы является загрузка ядра ОС и передача ему управления.

Несколько лет назад в моей практике был такой забавный случай.

Меня попросили помочь одному человеку купить и привести в порядок компьютер для дома. Товарищ этот на тот момент времени только-только вышел на пенсию, а до этого работал в должности начальника и компьютер видел, по большей части, издалека, на столе у своей секретарши. После выхода на пенсию у него появилось время и желание компьютер освоить. Ну что, по-моему, замечательно. Компьютер мы ему подобрали недорогой, но добротный и с хорошим, по тем временам, монитором. Я поставил и настроил кое-какие программы, показал как ими пользоваться. Господин обзавелся книжкой из серии «Что-то там для чайников» и мы расстались абсолютно довольные друг другом.

Примерно через неделю мой подопечный позвонил мне по телефону и чуть не плача сообщил, что все пропало и компьютер больше не работает. Благо, запираться он не стал и честно рассказал, как было дело. А дело было так. Товарищ полез исследовать содержимое своего компьютера и нашел в корне диска С:\ несколько подозрительных и «ненужных», на его взгляд, файлов. Он решил освободить место и файлики эти попросту удалил. Думаю, что все уже догадались, что это были boot.ini, ntldr, ntdetect и др. Поправить ситуацию сложности не представляло, разве что пришлось ехать к нему еще раз.

К слову сказать, для того, чтобы получить проблемы с загрузкой Windows XP, можно было и ничего не стирать, а слегка «подправить», например, boot.ini.

Видимо Microsoft как то узнала об этом случае и в следующей версии своей ОС решила припрятать файлы загрузчика получше.

Особенности загрузки операционных систем Windows Vista / 7 / 8

В Windows Vista или Windows 7 / 8 диспетчер загрузки называется Bootmgr. Он читает список установленных операционных систем не из простого текстового файла, коим является boot.ini, а из системного хранилища BCD (Boot Configuration Data), доступ к которому осуществляется посредством специальной утилиты bcdedit.exe .

Но это еще не все. Откроем “Управление компьютером” –> “Управление дисками” >

Процесс стандартной инсталляции операционной системы Windows Vista / 7 / 8 создает в начале диска дополнительный раздел «Зарезервировано системой». Ему не присваивается буква диска, благодаря чему, если не сделать дополнительных шагов, и сам раздел и его содержимое будут скрыты от пользователя. Этот основной раздел имеет статус «Системный» и «Активный» и, следовательно, удалить его тоже нельзя.

В Windows 7 размер такого раздела составляет 100 МБ, из которых занято около 30 МБ, в Windows 8 – уже 350 МБ, причем занято из них 105 МБ. Такая разница объясняется тем, что в Windows 8 на этот раздел перенесена папка “Recovery”.

Посмотрим содержимое раздела «Зарезервировано системой». Для этого назначим ему букву диска, например, «W» в “Управление дисками”. Дополнительно откроем «Панель управления» –> «Параметры папок» и на вкладке «Вид» снимем галку с «Скрывать защищенные системные файлы» и поставим отметку на «Показывать скрытые файлы, папки и диски».

Если в системе установлен файловый менеджер FAR Manager, то для просмотра можно воспользоваться им и не заниматься настройкой видимости скрытых файлов.

Так выглядит содержимое раздела «Зарезервировано системой» в Windows 8 >

Как и ожидалось, в корне раздела мы видим загрузчик Bootmgr.

А так выглядит часть содержимого папки «Boot» >

В папке мы находим базу хранилища данных конфигурации загрузки BCD и сопутствующие ей папки с языковыми файлами и файлами шрифтов.

Для полноты картины осталось сказать о том, какой раздел называется загрузочным. Ответ уже показан на картинке с томами Windows 7. Очевидно, что это раздел, на котором находятся все основные файлы операционной системы.

Ну что же, запомнить названия разделов диска очень легко по принципу «всё наоборот» — на системном нет системы (операционной), но расположен загрузчик третьего уровня, на загрузочном как раз отсутствует загрузчик, но находится сама система . Естественно, эта «запоминалка» работает только тогда, когда есть несколько разделов. Если раздел один, то он может быть сразу системным, активным и загрузочным.

Главной задачей загрузчика 3-го уровня, в роли которого выступает, в зависимости от типа ОС, Bootmgr, Ntldr или GRUB, является чтение с загрузочного диска и загрузка ядра операционной системы. Кроме того, в случае множественной загрузки, когда на компьютере установлено несколько операционных систем, загрузчик 3-го уровня позволяет выбирать нужную при каждом запуске компьютера.

Классической ошибкой, которой Microsoft посвятила отдельную статью, является установка Windows XP после Windows Vista / 7 /8. Установщик Windows XP помечает свой раздел как активный, после чего, во время загрузки, MBR передает управление PBS этого раздела а он, в свою очередь, — Ntldr. Загрузчик Windows XP ничего не знает о более поздних версиях операционных систем Windows и их загрузка становится невозможной. Лечится достаточно легко, но неискушенного пользователя такая ситуация может поставить в тупик.

Добавить к этому практически нечего и можно переходить непосредственно к редактированию загрузочного меню. Начнем с загрузочного меню Windows.

18 Общие сведения о операционной системе Windows. Загрузка операционной системы. Особенности настройки Windows и установки приложений.

Опер. сист.(ОС) – это совокупность программ, управляющих работой всех устройств персонального компьютера (ПК) и процессом выполнения прикладных программ. ОС выполняет след. ф-ии: контроль работоспособности оборудования ПК; выполнение процедуры начальной загрузки; управление работой всех устройств ПК; управление файловой системой ПК; взаимодействие пользователя с ПК; загрузка и выполнение прикладных программ; распределение ресурсов ПК (оперативная память, процессорное время, периферийные устройства) между прикладными программами.

История Windows берет свое начало в 1986 году, когда появилась первая версия системы. Она представляла собой набор программ, расширяющих возможности существующих операционных систем для большего удобства в работе.

Семейство Операционных систем Windows

В настоящее время большинство компьютеров в мире работают под управлением той или иной версии операционной среды Windows фирмы Microsoft. Охарактеризуем наиболее распространенные версии.

Windows 98 отличается от Windows 95 тем, что в ней операционная система объединена с браузером Internet Explorer посредством интерфейса, выполненного в виде Web-браузера и оснащенного кнопками «Назад» и «Вперед» для перехода на предыдущую и последующую Web-страницы. Кроме этого, в ней улучшена совместимость с новыми аппаратными средствами компьютера, она одинаково удобна как для использования на настольных, так и на портативных компьютерах.

Windows 2000 Professional — операционная система нового поколения для делового использования на самых разнообразных компьютерах — от портативных до серверов. Эта ОС является наилучшей для ведения коммерческой деятельности в Интернете. Она объединяет присущую Windows 98 простоту использования в Интернете, на работе, в пути с присущими Windows NT надежностью, экономичностью и безопасностью.

Windows CE 3.0 — операционная система для мобильных вычислительных устройств, таких, как карманные компьютеры, цифровые информационные пейджеры, сотовые телефоны, мультимедийные и развлекательные приставки, включая DVD проигрыватели и устройства целевого доступа в Интернет.

Операционная система Windows CE — 32-разрядная, многозадачная, многопоточная операционная cистема, имеющая открытую архитектуру, разрешающую использование множеств устройств. Windows CE позволяет устройствам различных категорий «говорить» и обмениваться информацией друг с другом, связываться с корпоративными сетями и с Интернет, пользоваться электронной почтой.

Windows CE компактна, но высоко производительна. Это мобильная система, функционирующая с микропроцессорами различных марок и изготовителей. Для нее есть программы Word и Excel, которые совместимы с их настольными аналогами. Имеет интегрированную систему управления питанием.

ОС – это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого – организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

Состав операционной системы.

Структуру ОС составляют следующие модули:

базовый модуль (ядро ОС)- управляет работой программы и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами;

командный процессор — расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;

драйверы периферийных устройств — программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором (каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по разному и в различном темпе);

дополнительные сервисные программы (утилиты) — делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.

Загрузка ОС. Файлы, составляющие ОС, хранятся на диске, поэтому система называется дисковой операционной (ДОС). Известно, что для их выполнения программы — и, следовательно, файлы ОС — должны находится в оперативной памяти (ОЗУ). Однако, чтобы произвести запись ОС в ОЗУ, необходимо выполнить программу загрузку, которой сразу после включения компьютера в ОЗУ нет. Выход из этой ситуации состоит в последовательной, поэтапной загрузке ОС в оперативную память.

Первый этап загрузки ОС. В системном блоке компьютера находится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, постоянная память, ROM-Read Only Memory — память с доступом только для чтения), в котором содержатся программы тестирования блоков компьютера и первого этапа загрузки ОС. Они начинают выполнятся с первым импульсом тока при включении компьютера. На этом этапе процессор обращаются к диску и проверяет наличие на определенном месте (в начале диска) очень небольшой программы — загрузчика. Если эта программа обнаружена, то она считывается в ОЗУ и ей передается управление.

Второй этап загрузки ОС. Программа — загрузчик, в свою очередь, ищет на диске базовый модуль ОС, переписывает его память и передает ему управление.

Третий этап загрузки ОС. В состав базового модуля входит основной загрузчик, который ищет остальные модули ОС и считывает их в ОЗУ. После окончания загрузки ОС управление передается командному процессору и на экране появляется приглашение системы к вводу команды пользователя.

Заметим, что в оперативной памяти во время работы компьютера обязательно должны находится базовый модуль ОС и командный процессор. Следовательно, нет необходимости загружать в оперативную память все файлы ОС одновременно. Драйверы устройств и утилиты могут подгружаться в ОЗУ по мере необходимости, что позволяет уменьшать обязательный объем оперативной памяти, отводимый под системное программное обеспечение.

1. Базовая система ввода-вывода (BIOS), находящаяся в постоянной памяти компьютера. Эта часть ОС явл. «встроенной» в комп-ер. Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг ОС, связанных с осуществлением ввода-вывода. Базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика ОС. Без модуля BIOS MS-DOS функционировать не может. Основная ф-ия BIOS – управление стандартными внешними устройствами (дисплей, клавиатура, дисководы, принтер..).

2. Загрузчик ОС – это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с ОС MS-DOS. Ф-ия этой программы заключается в считывании в память еще двух модулей ОС, кот-ые и завершают процесс загрузки DOS.

3. Драйверы устройств – это спец. программы, кот. дополняют систему ввода – вывода DOS и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Например, с помощью драйверов возможна работа с «электронным диском», т. е. частью памяти компьютера, с которой можно работать также как с диском. Драйверы загружаются в память комп-ра при загрузке ОС, их имена указываются в спец. файле CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы DOS.

4. Важными классами системных программ являются также программы вспомогательного назначения — утилиты (лат. utilitas — польза). Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые разновидности утилит:

*программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;

*программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;

*программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;

*антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;

Windows представ. Собой 32- разрядную операц. Систему, обеспеч. Многозадач. И многопоточную обработку приложений (программ). Она поддерж. Удобный граф. Пользоват. Интерфейс, возможность работы в защищенном режиме, совместимость с программами реального режима и сетевые возможности. ОСОБЕННОСТИ:

налич. Граф. Интерфейса.

2. возмож. Испол. Длинные имена.

3. вожможн. Испол. Win32 и возмож. Испол. 32 разрядного режима для исполнения программ.

4. расширение адресного прост-ва.

Комбинация монитора и мыши обеспеч. Наибол. Современ. Тип интер- фейса пользователя, ко- тор. Наз-ся графическим. Пользователь наблюд. На экране графич. Обьекты и элементы управл. С помощью мыши он измен. Св-ва обьектов и привод. В действие элементы управ. Компьют. Системой, а с помощью монитора получ. От нее отклик в графич. Виде.

Для того чтобы весь мир один. Кодиров. Текст. Данные, нужны един. Табл. Кодир. Для английск. Языка институт стандартизации США (Ansi) ввел в действие систему кодирования ASCII. В системе ASCII закрепл. 2 табл. Кодиров.- базовая и расширенная. Базовая табл. Закреп. Значения кодов от 0 до 127, а расширенная относ. К символам с номерами от 128 до 255. Первые 32 кода базов. Табл. , начиная с 0, отданы производителям аппаратных средств (в перв. Очередь производ. Компьют. И печатающ. Уст-в). В этой области размещ. Так наз-ые управл. Коды, котор. Не соответст. Никакие символы языков, и, соответст., эти коды не выводятся ни на экран, ни на уст-ва печати, но ими можно управ. Тем, как произв. Вывод прочих данных. Начин. С кода 32 по код 127 размещ. Коды символов англ. Алфавита, знаков препин., цифр, арифм. Действий и некот. Вспомогат. Символов. Поддерж. Проивод. Оборудов. И программ вывела Америк. Код Ascii на уровень международ. Стандарта, и национал системам кодиров. Пришлось «отступить» во 2, расширенную систему кодиров., определ. Знач. Кодов со 128 по 255.

Обмен данными м/у приложениями.

Уст-во, преднач. Для обмена инф-ией м/у удал. Комп-ми по каналам связи, принято наз-ть модемом. При этом под каналом связи поним. Физич. Линии ( проводные, оптоволоконные, каабельные и радиочастотные), способ их испол. ( коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных ( цифровые или аналог. Сиглалы). Цифр. Данные, поступ. В модем из ком-ра, преобр. В нем путем модуляции(по ампит. , тастоте, фазе) в соотв. С избран. Стандар. (протоколом) и направ. В телеф. Линию. Модем- приемник, пониам. Данный протокол, осущ. Обратное преобр. (демодуляцию) и пересыл. Восстан. Цифровые данные в свой ком-тер. Т.о. обеспеч. Удал. Связь м/у ком-рами и обмен данными м/у ними.

Технолог. Внедрен. Обьектов OLE

Работа с докум. По стандарту OLE предостав. Возможн. Встраивания в документ обьектов из др. приложений ( к пр-ру, та бл. Процессоров, графич. Редакторов, систем управл. Базами данных) с возмож. Вызова послед. Для обработки связанных обьектов.

Совмест. Применение различ. Приложений с возмож. Доступак ф-ям др. друга без выхода из своих сред предусмотр. Одним из наиб. Распрст. Стандартов интеграции OLE (связывание и встраивание обьектов) , положенным в основу разраб. Соврем. Программных систем. Обьекткми могут быть рисунки, диаграммы, табл. И др. элементы документов. Совр. Вариант технологии- OLE.2- позвол. При создании докум. В среде текст. Процессора (OLE- клиента) испол. Данные и функцион. Возмож. Др. программ (OLE- серверов). В частности, технологию OLE.2 поддерж. Программы WRITE, WORD, (OLE- клиенты) и EXCEL, PowerPoint, Paint(OLE- серверы).

Графическая оболочка ОС Windows обеспечивает взаимодействие пользователя с компьютером в форме диалога с использованием ввода и вывода на экран дисплея графической информации, управления программами с помощью пиктограмм, меню, окон, панелей (управления, задач, инструментов) и других элементов управления.

Основными элементами графического интерфейса Windows являются: Рабочий стол, Панель задач с кнопкой Пуск. Так как в Windows применен графический пользовательский интерфейса, то основным устройством управления программами является манипулятор мышь.

сновные элементы графического интерфейса Windows

Основными элементами графического интерфейса Windows являются:

Рабочий стол с пиктограммами

Панель задач, на которой размещаются программные кнопки, индикаторы, Панель быстрого запуска, Главное меню (кнопка Пуск), Контекстное меню (отображается при щелчке правой кнопкой мыши по выбранному объекту)

В ОС Windows применяются четыре типа меню (меню – это список команд, выводимых на экран и предлагаемых пользователю для выбора):

Главное меню (открывается кнопкой Пуск)

Строка меню в окнах приложения (все программы, входящие в стандартный пакет поставки Windows, имеют строку меню)

Системное меню в окнах приложения (для изменения размеров окна и его положения)

Все файлы, документы и программы в Windows хранятся в папках. В электронной папке, как правило, хранят файлы, сгруппированные по какому-либо признаку, типу и другие папки.

Папка – это контейнер для программ и файлов в графических интерфейсах пользователя, отображаемый на экране с помощью значка, имеющего вид канцелярской папки. Windows предоставляет средства для управления файлами и папками.

К таким средствам относятся программа Проводник и окно Мой компьютер. Приложение Проводник является главным инструментом Windows для просмотра файлов и папок, хранящихся на жестких и гибких дисках и других носителях информации.

Проводник отображает иерархическую структуру файлов, папок и дисков на ПК. В левой части проводника Windows использует иерархическое представление папок, файлов и других ресурсов, подключенных к компьютеру или сети.

Мой компьютер – программа,используемая для работы с файлами и папками, хранящимися на дисках компьютера. Мое сетевое окружение – программа, используемая для работы с сетевыми ресурсами в рабочей группе.

Манипулирование файлами и папками:

Создание нового файла и папки, Присвоение имени, Переименование, Перемещение и копирование, Удаление, Восстановление, Поиск, Просмотр и изменение свойств файлов и папок, Создание ярлыка на рабочем столе (правой кнопкой мыши, с проводника, с главного меню, с папки мой компьютер)

Настройка операционной системы Windows

Настройка ОС осуществляется с целью создания условий для эффективной работы на ПК.

Средства настроек можно разделить на пять групп:

Средства ввода – вывода (клавиатура, мышь, принтер)

Настройка элементов управления (панель задач, главное меню, корзина)

Настройка элементов оформления (тема, рабочий стол, заставка, оформление, параметры)

Настройка средств автоматизации (автоматический запуск приложений при включении ПК, запуск приложений по расписанию)

Настройка шрифтов и другие настройки

Установка приложений и особенности

есть несколько способов установки приложений, но основным является метод, основанный на использовании значка Установка и удаление программ в папке Панель управления (Пуск —> Настройка —> Панель управления) Во всех случаях рекомендуется использовать именно это средство, поскольку прочие методы установки не гарантируют правильной регистрации приложений в реестре операционной системы. Приступая к установке приложений, необходимо знать особенности операционной системы, связанные с совместным использованием ресурсов, и помнить, что процедура установки непроверенных программных средств относится к категории потенциально опасных.

Принцип совместного использования ресурсов лежит в основе спецификаций Windows, и в области программного обеспечения он приводит к тому, что разные приложения могут использовать общие программные ресурсы.

Так, например, в большинстве приложений Windows можно встретить одинаковые элементы оформления и управления (окна, кнопки, раскрывающиеся списки, меню, флажки, переключатели и многое другое). Одинаковы и приемы управления ими, и методы их использования. С точки зрения приложений это означает, что их многие компоненты обрабатываются одним и тем же программным кодом.

Поэтому в Windows принято выделять стереотипные программные фрагменты и группировать их в динамические библиотеки, к которым открыт доступ из разных программ (динамические библиотеки имеют расширение имени файла .DLL).

При установке новых приложений вместе с ними устанавливаются только те программные ресурсы, которые нужны для работы данного приложения, но отсутствуют на данном компьютере, то есть, не зарегистрированы в его операционной системе. Поэтому для установки новых приложений очень важно, чтобы они проходили правильную регистрацию.