Загрузчик , также называемый загрузчиком [1] [2] или называемый загрузчиком начальной загрузки , — это компьютерная программа , которая отвечает за загрузку компьютера . Если он также предоставляет интерактивное меню с несколькими вариантами загрузки, его часто называют менеджером загрузки . [2]
Когда компьютер выключен, его программное обеспечение, включая операционные системы, код приложений и данные, остается храниться в энергонезависимой памяти . Когда компьютер включен, в его оперативной памяти (ОЗУ) обычно нет операционной системы или ее загрузчика . Компьютер сначала выполняет относительно небольшую программу, хранящуюся в постоянной памяти (ПЗУ, а затем EEPROM , флэш-память NOR ) вместе с некоторыми необходимыми данными, для инициализации ОЗУ (особенно в системах x86), для доступа к энергонезависимому устройству (обычно блочному устройству , например, флэш-память NAND) или устройства, с которых программы и данные операционной системы могут быть загружены в ОЗУ.
Некоторые более ранние компьютерные системы, получив сигнал загрузки от человека-оператора или периферийного устройства, могли загрузить очень небольшое количество фиксированных инструкций в память в определенном месте, инициализировать по крайней мере один ЦП, а затем указать ЦП на инструкции и приступить к их исполнению. Эти инструкции обычно запускают операцию ввода с некоторого периферийного устройства (которое может быть выбрано оператором переключателем). Другие системы могут отправлять аппаратные команды непосредственно периферийным устройствам или контроллерам ввода-вывода, что вызывает выполнение чрезвычайно простой операции ввода (например, «чтение нулевого сектора системного устройства в память, начиная с ячейки 1000»), эффективно загружая небольшой количество инструкций загрузчика в памяти; сигнал завершения от устройства ввода-вывода может затем использоваться для начала выполнения инструкций ЦП.
В компьютерах меньшего размера часто используются менее гибкие, но более автоматические механизмы загрузчика, обеспечивающие быстрый запуск компьютера и с заранее определенной конфигурацией программного обеспечения. Например, во многих настольных компьютерах процесс начальной загрузки начинается с того, что ЦП выполняет программное обеспечение, содержащееся в ПЗУ (например, BIOS IBM PC или IBM PC-совместимого компьютера ) по заранее определенному адресу (некоторые ЦП, включая серию Intel x86 , предназначены для запуска этого программного обеспечения после перезагрузки без посторонней помощи). Это программное обеспечение содержит элементарную функциональность для поиска устройств, имеющих право участвовать в загрузке, и загрузки небольшой программы из специального раздела (чаще всего загрузочного сектора ) наиболее перспективного устройства, обычно начиная с фиксированной точки входа, такой как начало сектор.
Загрузчики могут столкнуться с особыми ограничениями, особенно по размеру; например, на более ранних версиях IBM PC и совместимых с ним загрузочный сектор обычно должен работать с 510 байтами кода (или меньше) и занимать всего 32 КиБ [3] [4] (позже уменьшено до 64 КиБ [5] ) системной памяти. и используйте только инструкции , поддерживаемые оригинальными процессорами 8088/8086 . Первый этап загрузчиков ПК (FSBL, загрузчик первого этапа), расположенный на фиксированных и съемных дисках , должен умещаться в первые 446 байт главной загрузочной записи , чтобы оставить место для стандартной 64-байтовой таблицы разделов с четырьмя записи разделов и двухбайтовая подпись загрузки , которая требуется BIOS для правильного загрузчика — или даже меньше, когда дополнительные функции, такие как более четырех записей раздела (до 16 по 16 байт каждая), подпись диска (6 байт) , временная метка диска (6 байт), расширенный активный раздел (18 байт) или специальные мультизагрузочные загрузчики также должны поддерживаться в некоторых средах. В загрузочных записях томов гибких и супердискет до 59 байтов занято для расширенного блока параметров BIOS на томах FAT12 и FAT16 , начиная с DOS 4.0, тогда как EBPB FAT32 , представленный в DOS 7.1, требует даже 87 байт, оставляя только 423 байта для загрузчика. при условии, что размер сектора составляет 512 байт. Поэтому загрузочные секторы Microsoft традиционно налагали определенные ограничения на процесс загрузки, например, загрузочный файл должен был располагаться в фиксированном положении в корневом каталоге файловой системы и храниться в виде последовательных секторов, при соблюдении условий [6] [7] команды и немного смягчен в более поздних версиях DOS. [7] [nb 1] Затем загрузчик смог загрузить первые три сектора файла в память, которая, как оказалось, содержала другой встроенный загрузчик, способный загрузить остальную часть файла в память. [7] Когда Microsoft добавила поддержку LBA и FAT32, они даже перешли на загрузчик, охватывающий более двух физических секторов и использующий 386 инструкций из соображений размера. В то же время другим поставщикам удалось втиснуть гораздо больше функциональности в один загрузочный сектор, не ослабляя первоначальные ограничения на минимальный доступный объем памяти (32 КиБ) и поддержку процессоров (8088/8086). [номер 2] SYS
Например, загрузочные сектора DR-DOS способны найти загрузочный файл в файловой системе FAT12, FAT16 и FAT32 и загрузить его в память целиком через CHS или LBA, даже если файл не хранится в фиксированном месте и в последовательных секторах. [8] [3] [9] [10] [11] [шт. 3] [шт. 2]
BIOS и UEFI могут не только загружать одну или несколько операционных систем с энергонезависимого устройства, но также могут инициализировать системное оборудование для одной или нескольких операционных систем.
Примеры загрузчиков первого этапа включают BIOS , UEFI , coreboot , Libreboot и Das U-Boot .
Загрузчики второго этапа, такие как GNU GRUB , rEFInd , BOOTMGR , Syslinux , NTLDR или iBoot , сами по себе не являются операционными системами, но способны правильно загружать операционную систему и передавать ей выполнение; операционная система впоследствии инициализируется и может загрузить дополнительные драйверы устройств . Загрузчик второго этапа не нуждается в драйверах для своей работы, но вместо этого может использовать общие методы доступа к памяти, предоставляемые системной прошивкой, такие как BIOS или открытая прошивка , хотя обычно с ограниченной аппаратной функциональностью и более низкой производительностью. [12]
Многие загрузчики можно настроить так, чтобы предоставить пользователю несколько вариантов загрузки. Эти варианты могут включать разные операционные системы (для двойной или многократной загрузки с разных разделов или дисков), разные версии одной и той же операционной системы (на случай, если новая версия имеет неожиданные проблемы), разные варианты загрузки операционной системы (например, загрузка в спасательный или безопасный режим ), а также некоторые автономные программы, которые могут работать без операционной системы, такие как тестеры памяти (например, memtest86+ ), базовая оболочка (как в GNU GRUB) или даже игры (см. Список игр для загрузки ПК ). [13] Некоторые загрузчики также могут загружать другие загрузчики; например, GRUB загружает BOOTMGR вместо прямой загрузки Windows. Обычно выбор по умолчанию выбирается заранее с временной задержкой, в течение которой пользователь может нажать клавишу, чтобы изменить выбор; после этой задержки автоматически запускается вариант по умолчанию, поэтому нормальная загрузка может происходить без взаимодействия.
Процесс загрузки можно считать завершенным, когда компьютер готов к взаимодействию с пользователем или операционная система способна запускать системные программы или прикладные программы.
Многие встроенные системы должны загружаться немедленно. Например, ждать минуту, пока запустится цифровое телевидение или GPS-навигатор, вообще недопустимо. Следовательно, такие устройства имеют программное обеспечение в ПЗУ или флэш-памяти , поэтому устройство может начать работу немедленно; Загрузка не требуется или незначительна, поскольку загрузка может быть предварительно рассчитана и сохранена в ПЗУ при изготовлении устройства.
В больших и сложных системах процедуры загрузки могут выполняться в несколько этапов, пока, наконец, операционная система и другие программы не будут загружены и готовы к выполнению. Поскольку операционные системы устроены так, как будто они никогда не запускаются и не останавливаются, загрузчик может загрузить операционную систему, настроить себя как простой процесс внутри этой системы, а затем безвозвратно передать управление операционной системе. Затем загрузчик завершает работу нормально, как и любой другой процесс.
Большинство компьютеров также способны загружаться через компьютерную сеть . В этом сценарии операционная система хранится на диске сервера , а определенные ее части передаются клиенту с помощью простого протокола, такого как Trivial File Transfer Protocol (TFTP). После передачи этих частей операционная система берет на себя управление процессом загрузки.
Как и в случае с загрузчиком второго этапа, сетевая загрузка начинается с использования общих методов доступа к сети, предоставляемых загрузочным ПЗУ сетевого интерфейса, которое обычно содержит образ среды выполнения перед загрузкой (PXE). Драйверы не требуются, но функциональность системы ограничена до тех пор, пока не будут перенесены и запущены ядро операционной системы и драйверы. В результате после завершения загрузки из ПЗУ вполне возможно выполнить сетевую загрузку операционной системы, которая сама не имеет возможности использовать сетевой интерфейс.
IBMBIO.COM
прежнему должны храниться последовательно. SYS
продолжает заботиться об этих требованиях.IBMBIO.COM
IBMBIO.COM
IBMBIO.COM
IBMBIO.COM
[…]
был улучшен в
DR DOS 5.0
, поэтому вам не нужно беспокоиться о том, чтобы оставить свободным первый кластер на диске, который вы хотите сделать загрузочным.
Системные файлы DR DOS могут располагаться в любом месте диска, поэтому для загрузки системы можно использовать любой диск с достаточным количеством свободного места.
[…]
SYS
(Примечание. Источник приписывает это утилите SYS
, хотя на самом деле это особенность расширенного загрузчика в загрузочном секторе. SYS
Просто помещает этот сектор на диск.)[…] Загрузочный сектор
DR-DOS
[…] ищет файл
(
DRBIOS.SYS
), а затем загружает *весь* файл в память, прежде чем передать ему управление.
[…]
IBMBIO.COM
[…] Загрузочный сектор
DR-DOS
загружает весь
файл в память перед его выполнением.
Его вообще не волнует
файл, который загружается
.
[…] Загрузочный сектор DR-DOS […] найдет […] файлы ядра, если они логически хранятся в корневом каталоге.
Их физическое расположение на диске, фрагментированы они или нет, не имеет значения для загрузочного сектора DR-DOS.
Следовательно, вы можете просто скопировать файлы ядра на диск (даже с помощью простого
), и как только загрузочный сектор станет сектором DR-DOS, он найдет и загрузит их.
Конечно, сложно уместить все это всего в 512 байт, размером с один сектор, но это серьезное улучшение удобства, если вам предстоит настраивать систему DR-DOS, а также это ключ для DR. -Утилита
DOS multi-OS
LOADER
для работы.
Файлы ядра MS
-DOS
должны находиться в определенных местах, но файлы DR-DOS могут находиться где угодно, поэтому вам не придется физически менять их местами каждый раз при загрузке другой ОС.
Кроме того, он позволяет обновить систему DR-DOS, просто копируя файлы ядра поверх старых, без необходимости
каких-либо сложных процедур установки, как это требуется для MS-DOS/
PC DOS
.
Вы даже можете хранить несколько файлов ядра DR-DOS под разными именами на одном диске, и LOADER будет переключаться между ними в соответствии с именами файлов, указанными в файле
BOOT.LST
.
[…]
IBMBIO.COM
IBMDOS.COM
IBMBIO.COM
COPY
SYS
[…]
DR-DOS
не только разбивает диск на разделы, но также может форматировать только что созданные тома и инициализировать их загрузочные сектора за один раз, поэтому нет риска случайно испортить неправильный том и нет необходимости в
или
.
После этого вы можете просто скопировать оставшиеся файлы DR-DOS, включая системные файлы.
Важно знать, что, в отличие от
MS-DOS
/
PC DOS
, DR-DOS имеет «умные» загрузочные сектора, которые фактически «монтируют» файловую систему для поиска и загрузки системных файлов в корневом каталоге, а не в корневом каталоге. ожидая, что они будут размещены в определенном месте.
Физически системные файлы могут располагаться где угодно, а также могут быть фрагментированы.
[…]
FDISK
FORMAT /S
SYS