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.

Операционная система windows

Создание программ-оболочек типа NC упростило работу с компьютером и его операционной системой, однако продолжало требовать достаточно глубоких знаний и опыта работы для эффективного использования возможностей ЭВМ. Особенно это стало понятным в процессе разработки и начала использования ЭВМ в качестве «домашнего компьютера», когда для расширения круга пользователей потребовалось, насколько возможно, упростить взаимодействие человека с машиной.

Решение было найдено в форме создания графической операционной системы, в которой это взаимодействие практически стало диалогом через наглядный активный экран с помощью управляемого пользователем графического же указателя названого мышью.

Указанная работа над графической операционной системой для IВМ РС компанией Microsoft начались в 1981 г., однако пригодная для практического использования ОС была выпущена только в 1995 г. и получила названием Microsoft Windows 95. До её появления компьютеры работали в МS-DOS, с использованием графических оболочек Windows версий 1.0, 2.0, 3.0, 3.1, 3.11, которые не были самостоятельными операционными системами.

Все следующие версии операционных систем Windows (98, NT, ME, 2000, XP, 7 и т.д.) — графические. Сегодня на рынке программного обеспечения сосуществуют несколько семейств операционных систем, однако операционные системы Windows продолжают пока оставаться наиболее используемыми.

Запуск Windows и выход из системы

После включениипитания сначала выполняется тестирование компьютера и, если система сконфигурирована для работы нескольких пользователей или компьютер подсоединён к сети, после загрузки на экран будет выведено диалоговое окнорегистрации. В него вводитсяимя пользователя– для его идентификации ипароль– для настройки Windows в соответствии с параметрами, заданными для конкретного пользователя. После регистрации на экране появляется изображениерабочего столаWindows.

Завершаяработу необходимо выполнить стандартную процедуру выхода не отключая питания – система сделает это сама. Некорректный выход может привести к потере данных и установок, которые хранились в оперативной памяти, помешать сохранению временных файлов и т.д. Кроме того, перед выключением компьютера необходимо сохранить все документы и данные в открытых программах и закрыть эти программы.

Стандартная процедура предусматривает несколько вариантов завершения работы, в том числе и не требующих выключения компьютера — для выбора которых достаточно щёлкнуть на кнопке Пускв нижнем левом углу экрана и выбрать нужный режим. В версииWindowsХР, например, появившееся на экране окноЗавершение работыпредложит несколько вариантов, смысл которых понятен из их названий. В частности вариантВыключениезавершает работу Windows, готовит компьютер к безопасному отключению электропитания и реализует корректное выключение компьютера. Вариант Ждущий режимпереводит компьютер в режим пониженного энергопотребления и позволяет быстро возобновить сеанс работы с Windows. РежимПерезагрузказавершает работу, а затем снова запускает Windows. Перезагрузка компьютера может понадобиться, например, после внесения изменений в конфигурацию системы. При перезагрузке завершение работы происходит без отключения электропитания.

Как установить Windows самостоятельно

Переустановить или заново установить Windows на ноутбук или компьютер может потребоваться по самым разным причинам. Бывает, что используемая операционная система настолько сильно поражена вирусами, что проще выполнить переустановку, чем лечение. Другая распространённая причина — частичная или полная несовместимость ОС с новыми программами и играми. Установить другую версию «Виндовс» может понадобиться, если вас не устраивает оформление или функционал текущей: например, хочется вернуться от «материального» дизайна к стилю Aero. Наконец, полезно сделать установку с нуля, если вы купили новый ПК или отдаёте свой третьему лицу.

Переустановка Windows с диска на компьютер или ноутбук — несложное дело; справиться с ним вам поможет приведённое в статье руководство. Не справляетесь сами или не хотите терять время? Обратитесь в «Службу добрых дел» — опытный мастер проконсультирует вас онлайн, а при необходимости — приедет к вам домой и поможет лично. Возможен выезд в любой район Москвы и Санкт-Петербурга.

С чего начать

Помните: во время переустановки или установки Windows с нуля будут удалены накопленные на системном HDD/SSD пользовательские и программные данные, а также настройки встроенных и сторонних приложений. Чтобы исключить утрату важной информации, скопируйте представляющие ценность файлы на другой жёсткий диск или флэшку. Кроме того, можете перекопировать данные на облачный сервер: это бесплатно. Пропустите этот шаг, если ставите ОС на новый компьютер или ноутбук.

Для начала работы вам понадобится USB-накопитель (флешка, съёмный HDD) или диск с образом Windows. Образ чаще всего представлен в формате ISO. Скачайте для инсталляции ОС нужной разрядности и запишите её на устройство. Для компьютеров с оперативной памятью менее 4 Гб подойдёт ОС x86, более 4 Гб — x64. Копируйте образ с помощью специального приложения: Rufus, UltraISO или другой программы. Когда носитель будет записан, приступайте к следующему шагу — настройке BIOS.

Настраиваем БИОС

Оформление BIOS или продвинутого варианта, UEFI, различается в зависимости от производителя и версии прошивки. Дать универсальную руководство для всех моделей ПК и ноутбуков невозможно — поэтому, отвечая, как установить Windows на ПК, приведём общий способ действий:

• Выключите компьютер или ноутбук.
• При новом включении нажмите несколько раз клавишу для входа в BIOS. В зависимости от производителя это может быть Delete, F2, F8, F12 или другая кнопка.
• Когда увидите на мониторе окно BIOS, перейдите на вкладку Boot.
• Откройте, нажав Enter, раздел Boot Device Priority. Он может называться и по-другому — а заголовке должно присутствовать слово Boot или «Загрузка».

• Откройте подраздел 1st Boot Device. Это первый носитель, к которому во время загрузки обращается ПК. По умолчанию это системный жёсткий диск — но вам нужно сделать так, чтобы на время приоритетным накопителем стала только что созданная загрузочная флешка. Выберите в списке нужный вариант — и нажмите Enter.

Чтобы перейти к процессу установки, нажмите клавишу F10 и подтвердите желание выйти из BIOS с сохранением внесённых изменений. Чтобы поменять порядок устройств в UEFI, достаточно просто перетащить флеш-карту на первое место в списке при помощи мыши.

Устанавливаем «Виндовс»

Порядок переустановки или установки операционной системы с нуля определяется версией «Виндовс» и особенностями разметки HDD. Общая пошаговая инструкция по установке Windows включает такие шаги:

• После нового включения и появления на экране надписи Press any key быстро нажмите на любую кнопку — например, на пробел. Это позволит запустить инсталляцию именно с подготовленного носителя. Если никакой надписи нет и загрузка идёт в обычном порядке, установочная флешка записана неправильно.

• Подождите, пока временные файлы будут распакованы на жёсткий диск.

• Выберите язык интерфейса ОС, формат времени, раскладку клавиатуры, а затем нажмите «Далее».

• Щёлкните по расположенной в центре новой страницы кнопке «Установить».

• Если образ включает несколько версий ОС, выберите подходящую. За один раз можно инсталлировать только один вариант.

• Примите условия лицензионного соглашения и выберите вариант «Полная установка» вместо «Обновления».

• Определите, в какой из разделов HDD будет установлена операционная система.

• Если ни одного раздела нет, предварительно создайте новый.

• Подождите, пока система будет распаковывать файлы, настраивать компоненты и обновления. Процесс займёт довольно много времени.

После нескольких перезагрузок «Виндовс» предложит вам придумать имя пользователя и пароль. На этом процесс установки будет завершён.

Ставим драйверы

Установка Windows с флешки или диска заканчивается инсталляцией драйверов — служебных программ, необходимых для корректной работы сетевой и звуковой карты, дисплея, периферийных устройств. Вы можете скачать драйверы по отдельности из интернета, использовать любую из авторских сборок — или установить утилиты с диска, прилагаемого производителем к вашему ПК или ноутбуку.

После активации ваша Windows будет готова к полноценной работе. Как видите, процесс ОС не представляет особой сложности. Остались вопросы или что-то не получается? Обратитесь за консультацией и помощью в «Службу добрых дел» — мы поможем установить любую версию «Виндовс» быстро и без нервов!