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跟我学操作系统(8):操作系统的引导

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2026/04/28
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操作系统的引导

当操作系统安装到磁盘后,计算机无法直接启动系统,必须依靠引导程序完成对操作系统的加载并将控制权交给操作系统。引导程序的核心存储位置的是磁盘的主引导记录(MBR),这是磁盘的第一个扇区,固定大小为512字节,内部主要包含两部分关键内容:引导程序分区表

引导程序的核心功能的是将操作系统内核加载到计算机内存中,加载完成后立即将系统控制权交给内核;而分区表则用于记录磁盘上所有分区的关键信息,包括每个分区的起始物理位置、分区大小、分区类型(如系统分区、数据分区)等,为引导程序定位系统分区提供依据。

MBR对应的磁盘分区中,通常有一个被标记为活动分区的分区,这个分区就是操作系统的安装分区。若进一步查看该活动分区,会发现其第一个扇区存在引导记录PBR(Partition Boot Record),PBR与MBR一样,大小也为512字节,同样包含引导程序和对应分区的详细信息,且操作系统的核心引导程序实际上存储在PBR中。

所以计算机的完整引导流程是:启动计算机后,BIOS(基本输入输出系统) 会首先读取MBR中的引导程序并执行;该引导程序会通过分区表查找标记为活动的系统分区,找到后加载该分区PBR中的引导程序;由PBR中的引导程序的任务是找到操作系统的启动管理器(如Windows的bootmgr、Linux的GRUB等),并将其加载到内存中;最后由启动管理器完成对操作系统内核的加载,并将控制权交给内核,完成引导过程,启动管理器一般位于系统分区的根目录下。

根目录是操作系统文件系统的顶层目录,是所有系统文件和目录的起始节点,包含了操作系统运行所需的核心文件、配置文件以及各类系统目录结构。需要注意的是,不同操作系统(如Windows、Linux、macOS)的根目录结构存在差异,这也是不同系统引导后文件管理方式不同的基础。

BIOS

BIOS(Basic Input/Output System) ,是计算机系统中最基本的输入输出系统,核心职责是在计算机启动时完成硬件初始化和引导操作系统。BIOS被存储在主板上的非易失性存储器芯片中,通常为ROM(只读存储器)芯片,这种存储方式的优势在于,即便计算机断电,BIOS中的内容也能完整保留,确保下次开机时能够正常启动。

当计算机启动时,BIOS会首先执行一系列自检程序(POST,Power-On Self Test),全面检查内存、CPU、硬盘等系统基本硬件组件,确认其是否正常工作。若自检通过,BIOS会继续执行引导程序,从磁盘的MBR或其他引导设备(如USB、CD-ROM)加载操作系统,开启后续引导流程;除此之外,BIOS还提供了一套基本的输入输出接口,允许操作系统和应用程序通过中断调用来访问键盘、显示器、磁盘等硬件资源,保障计算机各项功能的正常运转。

随着计算机技术的不断迭代升级,传统BIOS已逐渐被更先进的 UEFI(Unified Extensible Firmware Interface,统一可扩展固件接口) 所取代。相较于BIOS,UEFI具备更现代化的接口和更强大的功能,不仅支持更大容量的硬盘,适配当下大容量存储设备的使用需求,还能实现更快的启动速度,大幅缩短开机时间,同时配备了更丰富的图形界面,操作起来更为便捷,已然成为当下计算机系统的主流引导固件。

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  1. 1. 操作系统的引导
  2. 2. BIOS