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.

Загрузка системных процессов windows

В продолжение рубрики «Основы», сегодня речь пойдет о процессах в Windows. Разберем что это такое, на что они влияют и с помощью чего их можно контролировать.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

В операционной системе «процессом» является экземпляр компьютерной программы, которая запущенна в данный момент. Сама по себе программа является всего лишь набором правил и кода, тогда как процесс является фактическим выполнением всего этого. Задачи одной и той же программы могут выполняться в нескольких процессах и, естественно, каждому активному процессу требуется определенное количество системных ресурсов, и чем больше их одновременно запущенно, тем медленнее начинает работать компьютер.

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Многих начинающих пользователей мало интересует, какие скрытые процессы у них работают, а между тем, есть смысл поинтересоваться, не работают ли какие-нибудь фоновые программы и сервисы, в которых нет необходимости и которые при этом впустую расходуют процессорное время и память. Но прежде чем отключать ненужные процессы, чтобы освободить ресурсы компьютера, необходимо научиться разбираться в них, чтобы случайно не затронуть, например, процессы относящиеся к системным, многие из которых запускаются во время старта компьютера и критически необходимы для функционирования операционной системы и других приложений.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

Следует также упомянуть, что большинство вирусов для осложнения обнаружения маскируют себя под какой-либо из процессов. Именно по этим причинам важно уметь их опознавать и идентифицировать.

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

Для того чтобы увидеть весь список активных процессов необходимо открыть «Диспетчер задач» (Task Manager). Сделать это можно тремя распространенными способами:

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

— комбинация клавиш ctrl + alt + del
— комбинация клавиш ctrl +shift + esc
или
— правый клик мыши на панели задач — пункт «Диспетчер задач».

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Находясь в окне диспетчера, выберите вкладку «Процессы».

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

В открывшемся окне находится несколько столбцов с помощью которых мы и сможем получить первую необходимую информацию о том, какие процессы загружены и сколько ресурсов они потребляют.

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

1. Имя образа — название процесса
2. Пользователь — от какой учетной записи запущен процесс
3. ЦП — показывает загрузку процессора в процентном соотношении
4. Память — выделенный объем оперативной памяти
5. Описание — краткое описание того какая программа, служба или сервис инициирует данный процесс.

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

В самом низу окна показывается суммарное количество активных процессов, общая загрузка процессора и оперативной памяти в процентах.

p, blockquote 11,0,1,0,0 —>

Чтобы отключить ненужный процесс, необходимо выбрать один из них и нажать кнопку «Завершить процесс». Однако простое «Завершение процесса» просто отключит его до следующей перезагрузки Windows. Поэтому, если вы хотите навсегда избавиться от него, необходимо отключить его запуск в самом приложении, которое запускает этот процесс, или отключить активирующую его службу, или убрать из автозагрузки, а может и вовсе удалить ненужное приложение.

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Если для получения информации о процессе вам будет недостаточно стандартных столбцов, можно добавить дополнительные. Для этого в главном меню Диспетчера задач нажмите «Вид» и в открывшемся меню выберите пункт «Выбрать/Добавить столбцы».

p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

Выставьте галочки напротив пунктов «ИД процесса (PID)» и «Путь к образу». Нажмите «Ок».

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

Теперь в столбце ««Путь к образу» вы можете видеть расположение файла, который инициирует запущенный процесс.

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

А информация столбца «ИД процесса (PID)» будет полезна, если вам понадобится узнать, например, какая служба запускает процесс «Svchost.exe».

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

Заглянув немного вперед, почему мы выбрали именно его в качестве примера. Это важный системный процесс и нужен для включения и управления различных служб. Путаница у многих пользователей с этим процессом возникает от того что одновременно могут быть запущены несколько его экземпляров, но все от разных служб. И для того чтобы понять, какая именно служба относится к отдельно взятому процессу «Svchost.exe», нам и понадобится его числовой идентификатор — PID. Запомнив число, указанное в этом столбце переходим в «Диспетчере Задач» на вкладку «Службы».
Находясь в этом окне, нажмите левой кнопкой мыщи по заголовку столбца «ИД процесса». Список отсортируется и вы без труда сможете найти процесс по PID, посмотрев его описание в соответствующем столбце.

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

Сведений в этом окне конечно очень мало, однако позволяет примерно понять, какая именно служба запустила «Svchost.exe». Мы уже упоминали этот процесс в статье «svchost.exe — вирус или нет?»

p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

Еще одна возможность увидеть, где располагается файл инициирующий запуск процесса, это нажать правой кнопкой мыши на одном из них и выбрать пункт «Открыть место хранения файла».

p, blockquote 23,1,0,0,0 —>

p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

Со временем вы научитесь легко опознавать любые процессы. Для того, чтобы немного облегчить вам эту задачу, ниже приводим список наиболее типичных программных и системных процессов, большинство из которых по умолчанию запускаются вместе с операционной системой.

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

alg.exe — системный процесс. служба, являющаяся одним из компонентов ОС Windows необходимая для доступа к Интеренету и работы Брандмауэра. Если завершить этот процесс то подключение к интернет оборвется до следующей перезагрузки Windows.

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

ati2evxx.exe — является одним из компонентов драйверов для видеокарт AMD/ATI. Осуществляет работу горячих клавиш. Из-за большой нагрузки на ЦП рекомендуется отключить этот процесс и соответствующую службу.

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

BTTray.exe — компонент драйвера Bluetooth от Widcomm. Необходим для их работы.

p, blockquote 28,0,0,0,0 —>

csrss.exe — системный процесс Windows, обеспечивающий работу компонента «клиент/сервер». Не может быть отключен. Наиболее сильно подвержен заражению вирусов.

p, blockquote 29,0,0,0,0 —>

ctfmon.exe — системный процесс, отвечающий за языковую панель, индикатор, отображающий текущую раскладку клавиатуры и обеспечивающий поддержку других альтернативных методов ввода. Отключение этого процесса есстевстенно не рекомендуется.

p, blockquote 30,0,0,0,0 —>

dwm.exe — системный процесс Windows. Интегрирован в систему, начиная с Windows Vista и 7. Отвечает за графические эфекты рабочего стола, окон и меню, а также нормальное функционирование интерфейса «Aero».

p, blockquote 31,0,0,0,0 —>

explorer.exe — критический необходимый системный процесс проводника Windows, отвечающий за отображение рабочего стола и меню, возможность осуществления навигации пользователя. Не стоит его отключать.

p, blockquote 32,0,0,0,0 —>

issch.exe – процесс, позволяющий выполнять проверку обновлений в фоновом режиме стандартного инсталлятора Windows и других программ.

p, blockquote 33,0,0,0,0 —>

jusched.exe – процесс планировщика для автоматической проверки обновлений Java компонентов . Отключить автоматический запуск этого процесса можно путем выключения автоматической проверки обновлений в настройках Java (Пуск-Панель управления-Java).

p, blockquote 34,0,0,1,0 —>

lsass.exe – необходимый системный процесс, отвечающий за работу локального сервера проверки подлинности, политику безопасности и авторизации пользователей. Взаимодействует с службой winlogon. Не может быть завершен.

p, blockquote 35,0,0,0,0 —>

lsm.exe – системный процесс, управляющий удаленными подключениями к локальной системе. Не нужно отключать.

p, blockquote 36,0,0,0,0 —>

rthdcpl.exe – Процесс, обеспечивающий работу контрольной панели Realtek HD Audio. Иконка для этой программы находится в трее, рядом с часами. Завершение этого процесса может вызвать проблемы работы звука на системе.

p, blockquote 37,0,0,0,0 —>

rundll32.exe — Необходимй системный процесс Windows запускаемый утилитой командной строки. Позволяет запускать функции и команды DLL — файлов.

p, blockquote 38,0,0,0,0 —>

services.exe — важный системный процесс, отвечающий за за управление всеми системными службами.

p, blockquote 39,0,0,0,0 —>

smss.exe — необходимый системный процесс, отвечающий за запуск пользовательского сеанса, а также запуск процессов Winlogon и Csrss.exe. Завершать работу этого процесса нельзя.

p, blockquote 40,0,0,0,0 —>

spoolsv.exe — системный процесс. Отвечает за функции печати (принтер, факс и тд.).

p, blockquote 41,0,0,0,0 —>

svchost.exe — один из главных системных процессов, отвечающий за работу целого ряда сервисов и служб. Одновременно может работать несколько его копий, т.к. каждая содержит различные службы.

p, blockquote 42,0,0,0,0 —>

wininit.exe — необходимый системный процесс WIndows. ВЫполняет в фоновом режиме поддержку работы некоторых наиболее важных системных служб и программ, а также отвечает за своевременный запуск элементов автозагрузки.

p, blockquote 43,0,0,0,0 —>

winlogon.exe — Критически важный системный процесс. Отвечает за вход и выход пользователей в систему. Не может быть завершен.

p, blockquote 44,0,0,0,0 —>

wmiprvse.exe — системный процесс, один из компонентов Инструментария управления Windows. Отключение не рекомендуется.

p, blockquote 45,0,0,0,0 —> p, blockquote 46,0,0,0,1 —>