计算机与操作系统启动原理
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近由于学习操作系统原理，加上自己对底层的兴趣，查阅了不少资料，现结合《INSIDE WINDOWS NT》以及网上不少网友的文章，以及自己的粗略理解，整理出关于操作系统启动的详细资料，以资共享，当然这其中有不少是摘录的文字，请原文作者原谅，如果有错误，还请各位指正：
在刚开机加电时，根据X386CUP的特性，代码段（CS，CODE SEGMENT）寄存器的值为全1，指令计数器（IP,INSTRUCTION POINTER）的值为全0，既CS=FFFF、IP=0000。这时CPU根据CS和IP 的值执行FFFF0H处的指令。由于FFFF0H已经到了基本内存的高地址顶端，所以，FFFF0H处的指令一般总是一个JMP指令，jump到另一个位於ROM BIOS中的位置(就是执行BIOS中的系统测试代码，随着制作BIOS厂商的不同而会有些许差异 )它负责开机自检。如检查内存，键盘等。在自检过程中，ROM BIOS会在上位内存（UMB，UPPERMEMORY BLOCK）中进行扫描，看看是否存在合法的设备控制卡ROM BIOS（如:SCSI卡上的ROM），如果有，就执行其中的一些初始化代码。紧接着系统测试码之后，控制权会转移给ROM中的启动程序(ROM bootstrap routine)，这个程序会将磁盘上的第零轨第零扇区读入内存中(这就是一般所谓的boot sector，如果你曾接触过电脑病毒，就大概听过它的大名。假定硬盘是系统的启动磁盘。硬盘的第一扇区称为主引导记录（MBR， MASTER BOOTRECORD）。MBR 的长度为512字节。可分为两部分：第一部分为引导（PRE-BOOT）区，占了446个字节；第二部分为分区表（PARTITION PABLE），共有66个字节，记录硬盘的分区信息。预引导区的作用之一是找到标记为活动（ACTIVE）的分区，并将活动分区的引导区读入内存。如果用软盘启动计算机，ROM BIOS 读入的是软盘的引导区，既软盘的第一个扇区。)，至於被读到内存的哪里呢? --绝对位置07C0:0000(即07C00h处)，这是IBM系列PC的特性。经过一系列复杂操作后，最后将控制权转移给操作系统。
对于linux而言，开机磁盘的boot sector上的正是linux的bootsect程序，也就是说，bootsect是第一个被读入内存中并执行的程序。（鉴于大家研究linux不多，linux有源代码可参，bootsect.S－>setup.S－>head.S －>main.c,所以我就将linux以后的启动略去，主要看Windows的启动，且主要对于NT而言，2k类似。－－因为9X已成为历史）对于NT而言，boot sector上的正是Windows引导扇的引导代码（他是在Windows安装时被写入的）. 当引导扇区被引导后,他首先查找NTLDR.（该文件必须存在于根目录下,否则系统提示:
BOOT:Couldn't find NTLDR.或A kernel file is missing from the disk.NT.接着该死机了）NTLDR首先将CPU从实模式转换到保护模式下.当NTLDR将所有的1M以下的内存页描述符创建好后,NTLDR再开启页映射功能,现在NT可以访问4G内存了.然后,NTLDR通过内建的文件系统代码来查找根目录下的BOOT.INI并根据BOOT.INI（这也是我们可以修改启动选项的地方）的内容提示用户可选的操作系统.当用户在缺省的时间内没有选择.NTLDR就引导缺省的操作系统.然后NTLDR加载NTDECT.COM.调用INTxx来执行一大堆的BIOS系统调用.用来进行系统配置的检测.所有检测到的东西将被存到系统注册表的HKLMHARDWAREDESCRIPTION项下. 接下来被加载的2个文件组成了WINDOWS NT的核心.那就是:HAL.DLL,NTOSKRNL.EXE.这2个文件在装载时将被检测PE校验和,如果有问题或找不到.NT又要死机了.加载完这2个文件后,NTLDR再加载所有引导必须的驱动程序,然后加载HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMServices里的值SERVICE_BOOT_START的DRIVER.(此时不初始化.)然后NTLDR就会锁定NTOSKRNL.EXE的main()函数,然后将控制转移给NTOSKRNL.EXE. 接下来NT开始了自己复杂的OS核心初始化.首先调用ExpInitializeExecutive,而该函数则调用HAL.DLL里引出的函数HallnitSystem().这时.NT就完成了对中断控制器的初始化和时间片的设定.当HallnitSystem()返回,接下来进行的就是对内存管理器,安全引用监视器,对象管理器,进程管理器的初始化.在内存管理器完成初始化后,NT才显示Microsoft (R) Windows NT (TM) Version 4.0 (Build 1381)之类的.而后面的SERVICE PACK号码则是从注册表里HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlWindowsCSDVersion取出.当进程管理器初始化完成后(进程管理器是NTOSKRNL.EXE里最后被初始化的一个管理器),进程管理器产生2个进程.一个,乃是IDLE进程.一个,乃是SYSTEM进程.而当返回到ExpInitializeExecutive后,ExpInitializeExecutive就变成了IDLE线程.而IDLE线程的优先级是最低的.
现在调用HAL激活多CPU的功能.然后将依次调用Object Manager, Executive, Kernel, Security Reference Monitor,Memory Manager,Cache Manager,Configuration Manager,I/O Manager, Process Manager.
其中IO管理器负责完成启动值为SERVICE_BOOT_START的驱动程序的初始化,紧接着,启动注册表内启动值为SERVICE_SYSTEM_START的装载.
所有的DRIVER完成初始化后,还没有任何USER MODE的程序,也没有任何环境子系统.系统进程将调用核心函数ExInitializeSystem创建SMSS进程.就是SESSION MANAGER进程.SMSS是第一个USER MODE的应用程序.他又是一个真正的NATIVE APPLICATION.他不依赖于任何子系统.SMSS唯一需要的就是NTDLL.DLL.而且就是他创建了WIN32子系统.
然后SMSS开始工作:
创建LPC端口对象SmApiPort.2个线程,等待客户请求如加载子系统等.
创建环境变量.
定义DOS符号联接.
创建附加的页面调度文件.
从HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetSession ManagerBootExecute找出引导时加载的NATIVE APPLICATION. 通常有CHKDSK.EXE等.
调用CONFIG MANAGER完成对 HKEY_LOCAL_MACHINESAM,HKEY_LOCAL_MACHINESAMSECURITY, HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWARE配置.
然后加载WIN32K.SYS.这时系统就被切换到图形状态.
启动WIN32子系统.即CSRSS.EXE.
启动WINLOGON.EXE.
创建用于调试的LPC端口,并创建线程来监视.
完成了这些工作后,SMSS就永远等待WINLOGON和CSRSS的进程对象.把自己挂起.
WINLOGON在被启动后.启动SCM(服务管理器).将所有的"自动启动"的SERVICE启动起来.当然,WINLOGON并不等待任何SERVICE的完成启动.很有可能用户已经登陆而SERVICE没有启动出来.当用户的START组里有某些应用程序需要依赖于某些SERVICE的存在的话,就有可能出错.
当所有的SERVICE启动无误后,现在HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSet就成为了LAST KNOWN GOOD CONTROL SET.
当启动SCM后,WINLOGON就创建个工作站,代表KBD,MOUSE,MONITOR.并确保连SERVICE也不能访问该工作站,以保证安全性.当工作站创建好后,就打开3个桌面.APP,SCR SAVER,WINLOGON.然后就是建立LSA和LPC联接.用于登陆.注销.口令操作.
通过调用LsaLookupAuthenticationPackage获取MSV1_0的相关ID,用于验证身份.创建WINLOGON窗口类.确保SAS序列键按下后窗口过程被调用.只有WINLOGON桌面解锁后才能切换到其他应用程序桌面.
在LOGON时,WINLOGON调用GINA来确认用户登陆.（这样也提供了一个替换NT本身登陆验证操作的方法）当用户验证身份完毕,登陆成功,桌面就被解锁.并且调用USERINIT.EXE.该程序会查找出用户的SHELL并启动他.然后自己就结束生命.
就这样，一个操作系统就完全启动了。
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