从打开电源到开始操作，计算机的启动是一个非常复杂的过程。我一直搞不清楚，这个过程到底是怎么回事，只看见屏幕快速滚动各种提示...... 这几天，我查了一些资?#24076;?#35797;图搞懂它。下面就是我整理的?#22987;恰?/p>

1. boot的含义

先问一个问题，“启动”用英语怎么说？

回答是boot。可是，boot原来的意思是靴子，“启动”与靴子有什么关?#30340;兀?原来，这里的boot是bootstrap（鞋带）的缩写，它来自一句谚语：

"pull oneself up by one's bootstraps"

字面意思是“拽着鞋带把自己拉起来”，这?#27604;?#26159;不可能的事情。最早的时候，工程师们用它来比喻，计算机启动是一个很矛盾的过程：必须先运行程序，然后计算机才能启动，但是计算机不启动就无法运行程序！

早期真的是这样，必须想尽各种办法，把一小段程序装进内存，然后计算机才能正常运行。所以，工程师们把这个过程叫做“拉鞋带”，久而久之就简称为boot了。

计算机的整个启动过程分成四个阶段。

2. 第一阶段：BIOS

上个世纪70年代初，“只读内存”（read-only memory，缩写为ROM）发明，开机程序被刷入ROM芯片，计算机通电后，第一件事就是读取它。

这块芯片里的程序叫做“基本输入输出系统”（Basic Input/Output System），简称为BIOS。

2.1 硬件自检

BIOS程序首先检查，计算机硬件能否满足运行的基本条件，这叫做“硬件自检”（Power-On Self-Test），缩写为POST。

如果硬件出现问题，主板会发出不同含义的蜂鸣，启动中止。如果没有问题，屏幕就会显示出CPU、内存、?#25165;?#31561;信息。

2.2 启动顺序

硬件自检完成后，BIOS把控制权转交给下一阶段的启动程序。

这时，BIOS需要知道，“下一阶段的启动程序?#26412;?#20307;存放在哪一个设备。也就是说，BIOS需要有一个外?#30475;?#23384;设备的排序，排在前面的设备就是优先转交控制权的设备。这种排序叫做“启动顺序”（Boot Sequence）。

打开BIOS的操作界面，里面有一项就是“设定启动顺序”。

3. 第二阶段：主引?#25216;?#24405;

BIOS按照“启动顺序”，把控制权转交给排在第一位的储存设备。

这时，计算机读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512个字节。如果这512个字节的最后两个字节是0x55和0xAA，表明这个设备可?#26434;?#20110;启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被转交给“启动顺序”中的下一个设备。

这最前面的512个字节，就叫做“主引?#25216;?#24405;”（Master boot record，缩写为MBR）。

3.1 主引?#25216;?#24405;的结构

“主引?#25216;?#24405;”只有512个字节，放不了太多东西。它的主要作用是，告诉计算机到?#25165;?#30340;哪一个位置去找操作系统。

主引?#25216;?#24405;?#25159;?#20010;部分组成：

1. 第1-446字节：调用操作系统的机器码。
2. 第447-510字节：?#26234;?#34920;（Partition table）。
3. 第511-512字节：主引?#25216;鍬记?#21517;（0x55和0xAA）。

其中，第二部分“?#26234;?#34920;”的作用，是将?#25165;?#20998;成若干个区。

3.2 ?#26234;?#34920;

?#25165;譚智?#26377;很多?#20040;Α?#32771;虑到每个区可以安装不同的操作系?#24120;?#20027;引?#25216;?#24405;”因此必须知道将控制权转交给哪个区。

?#26234;?#34920;的长度只有64个字节，里面又分成四项，每项16个字节。所以，一个?#25165;?#26368;多只能分四个一级?#26234;?#21448;叫做“主?#26234;薄?/p>

每个主?#26234;?#30340;16个字节，由6个部分组成：

1. 第1个字节：如果为0x80，就表示该主?#26234;?#26159;激活?#26234;?#25511;制权要转交给这个?#26234;?#22235;个主?#26234;?#37324;面只能有一个是激活的。
2. 第2-4个字节：主?#26234;?#31532;一个扇区的物理位置（柱面、磁头、扇区号等等）。
3. 第5个字节：主?#26234;?#31867;型。
4. 第6-8个字节：主?#26234;?#26368;后一个扇区的物理位置。
5. 第9-12字节：该主?#26234;?#31532;一个扇区的逻辑地址。
6. 第13-16字节：主?#26234;?#30340;扇区总数。

最后的四个字节（“主?#26234;?#30340;扇区总数”），决定了这个主?#26234;?#30340;长?#21462;?#20063;就是说，一个主?#26234;?#30340;扇区总数最多不超过2的32次方。

如果每个扇区为512个字节，就意味着单个?#26234;?#26368;大不超过2TB。再考虑到扇区的逻辑地址也是32位，所以单个?#25165;?#21487;利用的空间最大也不超过2TB。如果想使用更大的?#25165;蹋?#21482;有2个方法：一是提高每个扇区的字节数，二是增加扇区总数。

4. 第三阶段：?#25165;?#21551;动

这时，计算机的控制权就要转交给?#25165;?#30340;某个?#26234;?#20102;，这里又分成三种情况。

4.1 情况A：卷引?#25216;?#24405;

上一节提到，四个主?#26234;?#37324;面，只有一个是激活的。计算机会读取激活?#26234;?#30340;第一个扇区，叫做“卷引?#25216;?#24405;”（Volume boot record，缩写为VBR）。

“卷引?#25216;?#24405;”的主要作用是，告诉计算机，操作系统在这个?#26234;?#37324;的位置。然后，计算机就会加载操作系统了。

4.2 情况B：扩展?#26234;?#21644;逻辑?#26234;?/strong>

随着?#25165;?#36234;来越大，四个主?#26234;?#24050;经不够了，需要更多的?#26234;?#20294;是，?#26234;?#34920;只有四项，因此规定有且仅有一个区可以被定义成“扩展?#26234;保‥xtended partition）。

所谓“扩展?#26234;保?#23601;是指这个区里面又分成多个区。这种?#26234;?#37324;面的?#26234;?#23601;叫做“逻辑?#26234;保╨ogical partition）。

计算机先读取扩展?#26234;?#30340;第一个扇区，叫做“扩展引?#25216;?#24405;”（Extended boot record，缩写为EBR）。它里面也包含一张64字节的?#26234;?#34920;，但是最多只有两项（也就是两个逻辑?#26234;?/p>

计算机接着读取第二个逻辑?#26234;?#30340;第一个扇区，再从里面的?#26234;?#34920;中找到第三个逻辑?#26234;?#30340;位置，?#28304;?#31867;推，直到某个逻辑?#26234;?#30340;?#26234;?#34920;只包含它自身为止（即只有一个?#26234;?#39033;）。因此，扩展?#26234;?#21487;以包含无数个逻辑?#26234;?/p>

但是，似乎很少通过这种方式启动操作系统。如果操作系统确实安装在扩展?#26234;?#19968;般采用下一种方式启动。

4.3 情况C：启动管理器

在这种情况下，计算机读取“主引?#25216;?#24405;”前面446字节的机器码之后，不再把控制权转交给某一个?#26234;?#32780;是运行事先安装的“启动管理器”（boot loader），由用户选择启动哪一个操作系统。

Linux环境中，目前最流行的启动管理器是Grub。

5. 第四阶段：操作系统

控制权转交给操作系统后，操作系统的内核首先被载入内存。

以Linux系统为例，先载入/boot目录下面的kernel。内?#24605;?#36733;成功后，第一个运行的程序是/sbin/init。它根据配置文件（Debian系统是/etc/initab）产生init进程。这是Linux启动后的第一个进程，pid进程编号为1，其他进程都是它的后代。

然后，init线程加载系统的各个模块，比如窗口程序和网络程序，直至执行/bin/login程序，跳出登录界面，等待用户输入用户名和密码。

?#38142;耍?#20840;部启动过程完成。

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