Марк Руссинович - 2.Внутреннее устройство Windows (гл. 5-7)

B этой главе описываются стадии загрузки Windows, а также параметры, влияющие на процесс ее запуска. Понимание тонкостей процесса загрузки поможет вам в диагностике проблем, возникающих при загрузке Windows. Далее поясняется, какие ошибки могут возникнуть в процессе загрузки и как их устранить. B заключение мы рассмотрим, что происходит при корректном завершении работы системы.

Описание процесса загрузки мы начнем с рассмотрения установки Windows, а затем исследуем выполнение загрузочных файлов. Поскольку драйверы устройств играют ключевую роль в процессе загрузки, будет уделено внимание и тому, как они контролируют собственную загрузку и инициализацию. Далее мы поясним, как инициализируются компоненты исполнительной системы и как ядро запускает пользовательскую часть Windows, активизируя процессы Session Manager (Smss.exe) и Winlogon, а также подсистему Windows. Попутно вы узнаете, что происходит внутри системы на момент вывода тех или иных текстовых сообщений, появляющихся на экране в процессе загрузки.

Ранние стадии процесса загрузки на платформах x86и x64сильно отличаются от таковых на платформе IA64.B следующих разделах описываются стадии, специфичные для x86и x64,а потом поясняются стадии, специфичные доя IA64.

Процесс загрузки Windows начинается не при включении компьютера или нажатии кнопки Reset, а еще при установке этой системы на компьютер. Ha одном из этапов работы программы установки Windows (Windows Setup) происходит подготовка основного жесткого диска системы: на нем размещается код, в дальнейшем участвующий в процессах загрузки. Прежде чем рассказывать, что делает этот код, мы покажем, как и в какой области жесткого диска он размещается.

Стандарт разбиения физических жестких дисков на тома существует в системах типа x86 со времен первых версий MS-DOS. Операционные системы Microsoft разбивают жесткие диски на дискретные области, называемые разделами ( partitions). После форматирования с использованием файловых систем (типа FAT и NTFS) разделы образуют тома. Ha жестком диске может быть до четырех главных разделов (primary partitions). Поскольку это ограничило бы количество томов на одном диске, данная схема предусматривает особый тип раздела — дополнительный (extended partition), что дает до четырех дополнительных разделов в главном разделе. Дополнительные разделы могут содержать другие дополнительные разделы, те в свою очередь — третьи дополнительные разделы и т. д. Так что диск можно разбить практически на бесконечное число томов. Пример разбиения жесткого диска на разделы показан на рис. 5–1, а компоненты, участвующие в процессе загрузки, перечислены в таблице 5–1. (Подробнее о разбиении жестких дисков в Windows см. главу 10.)

Единицей адресации физических дисков является сектор. Типичный размер сектора жесткого диска на IBM-совместимом PC — 512 байтов. Такие утилиты, как Fdisk в MS-DOS или программа Windows Setup, позволяющие создавать на жестком диске тома, записывают в первый сектор жесткого диска специальные данные, создавая таким образом главную загрузочную запись (MBR) диска (детали см. в главе 10). Размер MBR фиксирован. Она состоит из набора машинных команд (загрузочный код) и таблицы разделов с четырьмя записями, которые определяют расположение главных разделов на диске. Первый код, выполняемый при загрузке IBM-совместимого компьютера, называется BIOS, — он хранится в ПЗУ компьютера. BIOS выбирает загрузочное устройство, считывает его MBR в память и передает управление ее загрузочному коду.

MBR начинает со сканирования таблицы разделов в поисках раздела, помеченного особым флагом. Этот флаг сигнализирует, что данный раздел является загрузочным. Как только MBR обнаружит хотя бы один такой флаг, она считывает в память код из первого сектора раздела, помеченного флагом, и передает ему управление. Такой раздел называется загрузочным, как и его первый сектор, а том, определенный для загрузочного раздела, — системным.

Операционная система, как правило, ведет запись в загрузочные секторы без участия пользователя. Например, Windows Setup при записи MBR одновременно создает в первом загрузочном разделе жесткого диска свой загрузочный сектор. Перед этим программа установки проверяет, является ли он сейчас загрузочным сектором MS-DOS. Если да, Windows Setup сначала копирует содержимое загрузочного сектора в файл Bootsect.dos, помещая его в корневой каталог раздела.

Перед записью в загрузочный сектор Windows Setup проверяет совместимость текущей файловой системы этого раздела с Windows. B любом случае она может отформатировать данный раздел с использованием выбранной вами файловой системы (FAT, FAT32 или NTFS). Если раздел уже отформатирован, вы можете пропустить этот этап. После того как загрузочный раздел отформатирован, Setup копирует на него файлы Windows, в том числе два стартовых файла, Ntldr и Ntdetect.com.

Еще одна задача программы установки — создание файла загрузочного меню, Boot.ini, в корневом каталоге системного тома. B этом файле содержатся параметры запуска устанавливаемой версии Windows, а также сведения обо всех системах, установленных до Windows. Если файл Bootsect.dos содержит загрузочный сектор MS-DOS, в Boot.ini добавляется запись, позволяющая загружать MS-DOS. Ниже приведен пример файла Boot.ini с поддержкой двухвариантной загрузки для компьютера, на котором перед установкой Windows XP была установлена MS-DOS.

[boot loader] timeout=30

default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS [operating systems] multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)

\WINDOWS="Microsoft Windows XP Professional " /fastdetect C: \="Microsoft Windows"

Заметьте, что в этом примере путь к каталогу Windows задан по специальному синтаксису, отвечающему соглашению по именованию Advanced RISC Computing (ARC). B Windows используется три вида такого синтаксиса. Первый, синтаксис multiO, показан в примере; он указывает Windows загружать системные файлы через функции прерывания INT 13, предоставляемые BIOS. Таким образом, синтаксис multiO применяется, когда у диска, на котором находится загрузочный том, есть контроллер с поддержкой прерывания INT 13. Синтаксис multi() имеет следующий формат:

multi(W)disk(X)rdisk(Y)partition(Z)

где W- номер дискового контроллера (также называемый порядковым номером), обычно равный 0, X — всегда 0 в синтаксисе multi(), а Y указывает физический жесткий диск, подключенный к контроллеру W. Для АТА-контроллеров значение Y 1 как правило, укладывается в диапазон от 0 до 3, для SCSI-контроллеров — 0-15. Z сообщает номер раздела на физическом диске, соответствующего загрузочному тому. Первому разделу присваивается значение 1.