Последовательность загрузки операционной системы на ibm. Начальная загрузка операционной системы. Процесс загрузки Windows XP

Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в оперативной памяти. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.

Диск, на котором находятся файлы ОС и с которого производится ее загрузка, называется системным .
Программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы ОС необходимо загрузить в оперативную память.
После включения компьютера производится загрузка ОС с системного диска в оперативную память. Загрузка должна выполняться в соответствии с программой загрузки – загрузчика ОС.
Поэтапно загрузку ОС можно представить следующим образом:
В компьютере находится ПЗУ, содержащее программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки ОС, которые называются BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода-вывода). После включения компьютера эти программы начинают выполняться. Причем информация о ходе этого процесса высвечивается на экране дисплея. Сначала производится тестирование и настройка аппаратных средств, затем начинается загрузка ОС. На этом этапе процессор обращается к диску и ищет в 1 секторе диска наличие небольшой программы-загрузчика Master Boot .

Master Boot ищет на диске основной загрузчик Boot Sector , загружает его в память и передает ему управление. Boot sector (сектор начальной загрузки) – часть диска, зарезервированная для программы самозагрузки ОС. В этом секторе обычно содержится короткая программа на машинном языке, которая загружает ОС.
Далее основной загрузчик ищет остальные модули операционной системы и загружает их в оперативную память.
После окончания загрузки ОС управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы, в противном случае загружается графический интерфейс.
В зависимости от вида ОС, процесс ее загрузки будет отличаться. В состав ОС обязательно входят файлы, отвечающие за процесс загрузки. Рассмотрим «работу» файлов в процессе загрузки Windows XP .

1. Начальная фаза загрузки.
2. Выбор системы.
3. Определение «железа».
4. Выбор конфигурации.

В начальной фазе NTLDR переключает процессор в защищенный режим. Затем загружает соответствующий драйвер файловой системы для работы с файлами любой файловой системы, поддерживаемой XP (FAT-16, FAT-32 и NTFS).

Если в корневой директории есть BOOT.INI, то его содержание загружается в память. Если в нем есть записи более чем об одной операционной системе, NTLDR останавливает работу — показывает меню с выбором и ожидает ввода от пользователя определенный период времени.

Если такого файла нет, то NTLDR продолжает загрузку с первого раздела, первого диска, обычно это C:\.
Если в процессе выбора пользователь выбрал Windows NT, 2000 или XP , то проверяется нажатие F8 и показ соответствующего меню с опциями загрузки.
После каждой удачной загрузки XP создает копию текущей комбинации драйверов и системных настроек известную как Last Known Good Configuration. Этот коллекцию можно использовать для загрузки в случае если некое новое устройство внесло разлад в работу операционной системы.

Если выбранная операционная система XP, то NTLDR находит и загружает DOS программу NTDETECT.COM для определения «железа», установленного в компьютере. NTDETECT.COM строит список компонентов, который потом используется в ключе HARDWARE ветки HKEY_LOCAL_MACHINE реестра.

Если компьютер имеет более одного профиля оборудования программа останавливается с меню выбора конфигурации. После выбора конфигурации NTLDR начинает загрузку ядра XP (NTOSKRNL.EXE). В процессе загрузки ядра (но перед инициализацией) NTLDR остается главным в управлении компьютером. Экран очищается и внизу показывается анимация из белых прямоугольников. Кроме ядра загружается и слой Hardware Abstraction Layer (HAL.DLL), для того чтобы ядро могло абстрагироваться от «железа». Оба файла находятся в директории System32.

NTLDR загружает драйвера устройств, помеченные как загрузочные. Загрузив их, NTLDR передает управление компьютером дальше. Каждый драйвер имеет ключ в HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\Services. Если значение Start равно SERVICE_BOOT_START, то устройство считается загрузочным. Для каждого такого устройства на экране печатается точка.

NTOSKRNL в процессе загрузки проходит через две фазы — так называемую фазу 0 и фазу 1. Первая фаза инициализирует лишь ту часть микроядра и исполнительные подсистемы, которая требуется для работы основных служб и продолжения загрузки. Фаза 1 начинается когда HAL подготавливает систему для обработки прерываний устройств. Если на компьютере установлено более одного процессора, они инициализируются. Все исполнительные подсистемы реинициализируются в следующем порядке: Object Manager, Executive, Microkernel, Security Reference Monitor, Memory Manager, Cache Manager, LPCS, I/O Manager, Process Manager.

Инициализация Менеджера ввода/Вывода начинает процесс загрузки всех системных драйверов. С того момента где остановился NTLDR загружаются драйвера по приоритету. Сбой в загрузке драйвера может заставить XP перезагрузиться и попытаться восстановить Last Known Good Configuration. Последняя задача фазы 1 инициализации ядра — запуск Session Manager Subsystem (SMSS). Подсистема ответственна за создание пользовательского окружения, обеспечивающего интерфейс NT. SMSS работает в пользовательском режиме, но в отличии от других приложений SMSS считается доверенной частью операционной системы и «родным» приложением (использует только исполнительные функции), что позволяет ей запустить графическую подсистему и login. SMSS загружает win32k.sys — графическую подсистему. Драйвер переключает компьютер в графический режим, SMSS стартует все сервисы, которые должны автоматически запускаться при старте. Если все устройства и сервисы стартовали удачно, процесс загрузки считается удачным и создается Last Known Good Configuration.

Процесс загрузки не считается завершенным до тех пор, пока пользователь не залогинился в систему. Процесс инициализируется файлом WINLOGON.EXE, запускаемым как сервис и поддерживается Local Security Authority (LSASS.EXE), который и показывает диалог входа в систему. Это диалоговое окно показывается примерно тогда, когда Services Subsystem стартует сетевую службу.

А вы никогда не задумывались над тем, что же происходит с операционной системой в тот момент, когда она рисует свой логотип и говорит «Starting Windows»? И вообще, почему она долго загружается? Ведь при старте системы уж точно не решаются никакие задачи, сложные с вычислительной точки зрения!

Что тогда подразумевает под собой загрузка операционной системы? По большей части это проецирование в память исполняемых модулей и инициализация служебных структур данных. Структуры данных живут в памяти, поэтому операции с ними по идее должны быть быстрыми. Все наталкивает на мысль о том, что время съедается именно процессом загрузки исполняемых модулей в память.

Давайте интереса ради разберемся, какие модули, в каком количестве и в каком порядке загружаются при старте ОС. Чтобы выяснить это, можно, например, получить лог загрузки системы. Подопытная ОС в моем случае - Windows 7 Enterprise x64. Логировать процесс загрузки будем при помощи отладчика ядра. Существует несколько вариантов отладчиков ядра, лично я предпочитаю WinDbg. Также нам понадобятся некоторые вспомогательные средства для волшебного превращения лога в нечто более приятное глазу.

Mining and crafting

Интересующая нас функция - «MiCreateImageFileMap». Это внутренняя функция менеджера памяти, проецирующая исполняемый файл в память. Проецирование в память происходит при создании секции, например, при запуске исполняемого файла. Однако учтите, что если исполняемый файл проецируется в память, это не гарантия того, что будет выполнен его код! Эта функция просто создает проекцию, чаще всего «про запас», чтобы, если кто-то надумает запустить модуль на исполнение, можно было сэкономить время его загрузки. На эту функцию поставим логирующую точку останова.

Если у вас достаточно маны, вводите следующую команду:
bu nt!MiCreateImageFileMap "dt nt!_EPROCESS -d ImageFileName @$proc; dt nt!_FILE_OBJECT -d FileName @rcx; g"
Магическая строчка буквально означает следующее:

• bu (Set Unresolved Breakpoint) - установить неразрешенную точку останова. Не то чтобы кто-то или что-то не разрешал, просто для ее установки необходимо определиться, по какому адресу ее ставить. Дело в том, что заранее не известно, по какому адресу она должна располагаться. При загрузке любого модуля проверяется присутствие в нем необходимой функции, и если такая функция найдена, точка останова устанавливается автоматически. Такой способ установки незаменим при включенном ASLR - рандомизации адресного пространства, поскольку модули будут загружаться каждый раз по разным адресам, и точка останова, установленная по фиксированному адресу, с большой вероятностью окажется не у дел.
• nt!MiCreateImageFileMap - символ, на котором нужно останавливаться. В WinDbg принята запись в форме "module_name!function_name". В данном случае nt является предопределенным псевдонимом для ntoskrnl.exe.
• далее следует часть WinDbg-скрипта, которая будет выполняться каждый раз при остановке на этой функции. «dt nt!_EPROCESS -d ImageFileName @$proc» по-русски означает «отобразить поле ImageFileName структуры _EPROCESS из модуля nt при условии ее отображения по адресу, определенному в псевдорегистре «текущий процесс»». Следующая после разделителя ";" команда означает примерно то же самое, только адрес структуры берется из регистра rcx, в котором в Microsoft x64 ABI передается первый параметр функции. «g» означает «go», т.е. продолжить исполнение.

Небольшая рекомендация по использованию логирующих точек останова: старайтесь не использовать расширения отладчика (команды, начинающиеся с "!"), поскольку в таком случае логирование будет выполняться на порядок медленнее.

Поехали! Отжимаем тормоз точки останова и ждем. Я ждал, пока не прогрузится рабочий стол, т.е. я залогинился. Полученный «урожай» немного редактируется, обрезается все лишнее для удобства дальнейшей обработки и скармливается дружище питону. Не будем заострять внимание на парсинге лога. Отметим только, что граф укладывался в форму спирали Архимеда с дальнейшей коррекцией вручную, поскольку происходило наложение узлов друг на друга. В полученном графе учитывается порядок загрузки библиотек. К сожалению, пришлось пожертвовать учетом порядка загрузки исполняемых файлов относительно библиотек в угоду удобочитаемости графа.

Карта звездного неба

Условно выделим несколько групп загрузки.

Начинается работа OC в модуле ntoskrnl.exe, являющимся ядром ОС. А если еще конкретнее - с функции KiSystemStartup(). Вместе с загружаемыми системными компонентами она формирует фундамент ОС: разделение режимов работы, базовые сервисы для пользовательских приложений и т.п. В эту же группу входят драйверы, отмеченные для загрузки во время старта системы. В двух словах, в этой ракушке зарождается ОС Windows.

Следующий узел - менеджер сессий (session manager). Его представляет первый после системного процесс, стартующий в Windows - smss.exe. Процесс примечателен тем, что является родным (native) процессом Windows, то есть он не использует подсистему Win32, которая в общем-то еще не загружена. Этот процесс использует только нативные сервисы операционной системы посредством ntdll.dll, представляющей собой интерфейс режима пользователя для сервисов ОС. Также этот процесс является доверенным компонентом операционной системы и обладает исключительными правами, например, он может создавать маркеры безопасности (security tokens). Но главное его предназначение - создание сеансов и инициализация подсистем, как графической, так и различных исполняемых (Windows, POSIX). Эта ракушка воздает каждому по потребностям.

Группа входа в систему (logon) состоит из нескольких процессов. В целом они отвечают за инициализацию сеансов. Это включает в себя отображение экрана приветствия, создание рабочих столов, запуск процессов автозагрузки и инициализацию подсистемы безопасности и т.п. Этот веник отметает всех посторонних.

Самой массивной оказалась группа сервисов. Во многом она обязана своим объемом службе SuperFetch. Эта та самая, про которую говорят, что она по выходным заранее прогружает офисный пакет, а в начале рабочей недели - Steam с игрушками. Superfetch прогружает огромное количество модулей при старте системы, чтобы потом «все быстрее работало». Да и кроме него в системе хватает сервисных приложений и автозапускающихся драйверов. Думаю, все видели оснастку «Службы и приложения». Эта звезда жизни заводит в системе все, что нужно и не очень.

Последним отмечу любимый всеми explorer.exe. Примечательно, что к моменту его запуска все используемые им модули уже загружены в память. В скриншот также попал некий vcredist_x64.exe - бедолага лежал на рабочем столе подопытной виртуальной машины и был прогружен в память проводником.

Вообще способов оказаться загруженным в память у модуля много. Например, достаточно запросить информацию из ресурсов исполняемого файла, в том числе его иконку. Конкретно в данном примере проводник проверял, является ли эта программа требующей повышенных привилегий, т.е. стоит ли дорисовывать к иконке соответствующий рисуночек с желто-голубым щитом. Еще раз отмечу, что загрузка модуля в память не означает выполнение его кода!

Лично я держу получившуюся картинку под боком. По ней хорошо прослеживаются зависимости, например, драйверов. Также в паре с утилитой Sysinternals Autoruns можно увидеть, на каком этапе загрузки подтягиваются те или иные модули.

Граф загрузки был построен для ОС Windows 7 Enterprise x64, установленной на виртуальной машине VMware. Ниже приведены векторное изображение графа и непосредственно файл в формате gml, с которым можно поиграться в любом редакторе графов.

Что означают слова «мой компьютер не запускается»?

Каждый сетевой администратор постоянно сталкивается с ситуацией, когда пользователи, жалующиеся на неполадки, произносят туманную фразу, которая может слегка испортить настроение: «Компьютер не запускается!» Обычно при этом пользователи сообщают, что нечто непредвиденное произошло в процессе загрузки - либо во время самотестирования компьютера (Power On Self Test, POST), либо во время процедур начальной загрузки Windows. Для диагностики и устранения подобных проблем администратор должен понимать, что происходит в процессе загрузки.

Термин «сбой в процессе загрузки» относится и к аппаратным проблемам, и к проблемам операционной системы. Во времена компьютеров с MS-DOS, POST занимал больше времени, чем загрузка операционной системы, и аппаратура была источником большинства проблем при начальной загрузке. За последние годы аппаратное обеспечение стало более надежным, а благодаря развитым функциям BIOS возможности мониторинга, диагностики и управления оборудованием стали значительно шире. Поэтому в ситуации сбоя во время загрузки пользователи, скорее всего, сталкиваются именно с проблемой операционной системы. Давайте последовательно изучим процесс начальной загрузки, наблюдая, что происходит на каждом этапе, и уясним смысл каждого появляющегося сообщения об ошибке. Для удобства будем предполагать, что используются Windows 2000 или более поздние версии.

Включение питания

Не жалуется ли пользователь, что ничего не происходит, когда он нажимает кнопку питания? Если да, то сначала проверьте кабель.

Вот старый администраторский трюк на случай, если проходится иметь дело с выключенным из розетки компьютером при разговоре с пользователем по телефону. Пользователи часто не проверяют, включен ли их компьютер в розетку, а когда вы указываете им на такую возможность, возмущаются. Пользователь может воскликнуть: «Конечно, он включен!», но следует проверить, правда ли это. Попросите пользователя вынуть вилку из розетки и вставить заново, ссылаясь на необходимость «проверить полярность». Постарайтесь не хихикать. Просто невероятно, как часто пользователи отвечают: «О, сработало!»

Если дело не в вилке, то, возможно, в источнике бесперебойного питания - тоже уязвимом аппаратном компоненте системе. Источники бесперебойного питания стоят недорого, но замена аккумуляторов в них - утомительная и трудоемкая задача.

Проверка оборудования и BIOS

Если пользователь видит сообщение об ошибке в процессе POST или если компьютер просто зависает, прежде чем запускается операционная система, значит, проблема в оборудовании или в BIOS. Система выводит на экран сообщения об ошибках оборудования и BIOS и подает характерные звуковые сигналы. Некоторые ошибки BIOS выводятся в виде чисел и некогда все производители BIOS использовали одни и те же числа (те, что придумали в IBM), но теперь все изменилось. Теперь, чтобы интерпретировать номер ошибки, администратору требуется документация, пришедшая вместе с компьютером. Также можно поискать ее на Web-сайте производителя BIOS. Однако, скорее всего, на экране появится текст, а не числа, например Hard drive controller failure («Ошибка контроллера жесткого диска») или забавное сообщение Keyboard error, press F1 to continue («Ошибка клавиатуры, нажмите F1 для продолжения»).

Возможно, появится сообщение об ошибке, относящейся к проблемам с памятью. Когда-то память имела дополнительный компонент, называвшийся «чип четности», и частью теста BIOS была проверка на четность. Компоненты памяти больше не содержат чип четности, поскольку теперь в этом нет необходимости: производители памяти так продвинулись по пути совершенствования своих продуктов, что ошибки памяти стали крайне редки. Тем не менее после добавления в компьютер памяти при последующей загрузке может появиться сообщение об ошибке памяти. Сообщение содержит примерно такой текст: Mismatched memory information («Несоответствие параметров памяти»). В действительности это сообщение является подтверждением того, что система видит установленную память, но обнаружила, что она не соответствует общему количеству, записанному в CMOS.

Чтобы решить эту проблему, можно попробовать перезагрузить компьютер и войти в режим настройки BIOS. По своему опыту знаю, что стоит только нажать клавиши, необходимые для вызова окна BIOS, как сразу же автоматически выполняется корректный подсчет памяти, и все, что остается сделать, это выйти из программы настройки BIOS. Вход в программу настройки BIOS вызывает проверку счетчика памяти и его регулировку относительно имеющейся физической памяти.

Если после добавления в компьютер памяти система выдала сообщение об ошибке, в котором не говорится о разночтении в подсчете объема памяти, значит, проблема оказалась серьезнее. Система не распознает новую память. Эта ситуация почти всегда вызвана неаккуратными действиями при установке памяти, такими как использование неверного слота. В то же время мне доводилось видеть, как проблема вызывалась установкой памяти неверного типа (например, установкой плат памяти DRAM в старый компьютер с Enhanced Data Output, EDO), когда материнская плата не была предназначена для установки памяти смешанного типа, SIMM и DIMM, или когда материнская плата не воспринимала смешивание плат памяти с разными скоростями. Некоторые материнские платы при добавлении памяти нуждаются в изменении положения двухпозиционных переключателей и перемычек, хотя такие требования становятся все менее распространенными. Чтобы избежать подобных проблем, всегда перед добавлением памяти проверяйте документацию материнской платы.

Если во время POST обнаруживается ошибка жесткого диска, значит, работа предстоит немалая. Вообще-то я обнаружила, что в половине случаев проблема оказывается в контроллере, а не в самом диске, и замена контроллера позволяет диску нормально выполнять загрузку с сохранением всех данных неповрежденными (все гениальное просто!). Если контроллер жесткого диска первоначальной комплектации выходит из строя, не нужно сразу бежать за новой материнской платой. Достаточно купить новый контроллер. Вместо поиска встроенной микросхемы прочитайте в документации к материнской плате, что необходимо сделать, чтобы BIOS видел новую плату.

Если проблема действительно в диске, задача не ограничивается только заменой контроллера. Помимо замены диска придется переустановить операционную систему и приложения, а также выполнить восстановление данных из резервной копии, которая, конечно, датирована вчерашним днем, не правда ли?

Управление передается записи Master Boot Record

Далее компьютер начинает загрузку операционной системы. Во время установки программа загрузки Windows помещает данные на первый сектор главного раздела компьютера (загрузочный сектор). Эти данные - не что иное, как Master Boot Record, MBR (главная загрузочная запись), которая содержит исполняемые команды. Программа установки также копирует два файла, инициирующие начальный этап загрузки Windows, - Ntldr и Ntdetect - в корневой каталог загрузочного диска. Кроме того, Windows Setup копирует boot.ini, файл, содержащий параметры загрузки, в корневой каталог загрузочного диска.

Кроме исполняемых команд, MBR содержит таблицу, определяющую расположение главных разделов диска. При установке Windows необязательно делать так, чтобы системный раздел и загрузочный раздел совпадали, хотя это распространенный подход. Загрузочные файлы Windows расположены в системном разделе, а файлы операционной системы - в загрузочном (логика именования отстала от жизни).

Системный раздел содержит файлы привязки к аппаратным компонентам, которые необходимы для загрузки Windows, включая MBR. Этот раздел должен быть главным разделом и отмечается как активный. Это всегда диск 0, поскольку именно к этому диску обращается BIOS, чтобы передать процесс загрузки файлу MBR. Загрузочный раздел содержит файлы операционной системы (папка \%systemroot%) и файлы поддержки операционной системы (\%systemroot%System).

На последнем шаге аппаратной части начальной загрузки компьютер считывает файл MBR в память и передает управление компьютером коду в MBR. Исполняемый код просматривает таблицу главного раздела и ищет отметку, указывающую на загружаемый раздел. Когда MBR находит первый загружаемый раздел, он считывает первый сектор раздела, который является загрузочным сектором.

Запуск Ntldr

Код загрузочного сектора считывает Ntldr в память, чтобы запустить процесс начальной загрузки операционной системы. В Ntldr хранится доступный только для чтения код NTFS и FAT. Он начинает работать в реальном режиме, и первая выполняемая им задача заключается в переключении системы в некоторую форму защищенного режима. Более подробно об этих режимах рассказано во врезке «Реальный режим против защищенного». Этот первоначальный вариант защищенного режима не может в полной мере выполнять аппаратно-зависимых преобразований, которые обеспечивают защиту оборудования, - данная функция становится доступной, когда операционная система загрузится полностью.

Теперь вся физическая память доступна операционной системе, и компьютер работает как 32-разрядная машина. Ntldr делает возможной постраничную загрузку и создает таблицы страниц. Затем Ntldr считывает boot.ini из корневого каталога и, если на машине многовариантная загрузка или если выполнена настройка boot.ini на отображение меню, на экране появляется меню выбора вариантов загрузки. Если Ntldr отсутствует или поврежден, система выдаст сообщение об ошибке Ntldr is missing. Press Ctrl-Alt-Del to restart.

Не стоит зря тратить время, выполняя предложенное действие: после очередного цикла система вернется к тому же сообщению. Необходимо заменить Ntldr. Если создан загрузочный флоппи-диск, можно использовать его для копирования Ntldr в корневой каталог основного загрузочного диска (обычно C). Если Ntldr отсутствует, следует просто скопировать его. Если файл имеется на жестком диске, возможно, он поврежден. Для того чтобы заменить его, сначала нужно изменить его атрибут «только для чтения». Если загрузочного флоппи-диска под рукой нет, придется запустить программу Setup с компакт-диска Windows и выбрать Repair.

Запуск Ntdetect

Ntldr запускает Ntdetect, который запрашивает BIOS системы о данных конфигурации устройств. Система отправляет информацию, которую Ntdetect собирает в реестр и помещает в подразделы HKEY_LOCAL_MACHINEHARDWARE DESCRIPTION.

Если возникнет какая-нибудь проблема с Ntdetect (утрата или повреждение), возможно, система не выдаст никакого сообщения об ошибке. Обычно в таком случае процесс загрузки просто останавливается. Единственным действенным средством при утрате или повреждении файла Ntdetect является его замена. Необходимо воспользоваться для загрузки загрузочным флоппи-диском, затем скопировать Ntdetect с этого флоппи-диска в корневой каталог жесткого диска. Или же запустите Setup с компакт-диска Windows и выберите Repair.

Запуск Ntoskrnl и загрузка HAL

После того как Ntdetect закончит выполнение подпрограмм проверки оборудования, он передает процесс загрузки обратно файлу Ntldr, который запускает ntoskrnl.exe и загружает.dll-файл Hardware Abstraction Layer (HAL). (Оба файла расположены в папке \%systemroot%system32.) Ntoskrnl - это главный файл ядра Windows и исполнительных подсистем. Он содержит Executive, Kernel, Cache Manager, Memory Manager, Scheduler, Security Reference Monitor и другие. Именно Ntoskrnl приводит в действие Windows. Для работы Ntoskrnl необходим файл hal.dll, который содержит код, позволяющий оборудованию взаимодействовать с операционной системой.

На экране может появиться сообщение об ошибке, говорящее о наличии проблемы с Ntoskrnl, но почти всегда это сообщение фиктивно и появляется потому, что ссылка на папку в boot.ini не совпадает с именем папки, в которую были установлены системные файлы Windows.

Как правило, это означает, что кто-то переименовал папку \%systemroot% или создал новую папку и переместил в нее файлы Windows. В таком случае нужно переместить файлы обратно в то место, которое указано в boot.ini. Если boot.ini. был кем-то отредактирован, следует исправить эту ошибку.

Загрузка драйверов и служб

Теперь Ntldr загружает низкоуровневые системные службы и драйверы устройств, но службы не инициализируются - это происходит позже. На этом фаза начальной загрузки завершается и начинается процесс основной загрузки (load sequence или kernel phase).

При загрузке системных служб и драйверов устройств Ntldr следует определенному порядку. В процессе установки Windows драйверы и системные службы копируются на компьютер, а информация о них записывается в реестр. Данные в реестре представляют собой шестнадцатеричную запись, оканчивающуюся числом в круглых скобках. Это число и определяет порядок, в котором Ntldr загружает драйверы и системные службы. Для примера следует открыть реестр и перейти в раздел HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEM CurrentControlSetServices. На экране появится длинный список служб и драйверов устройств. Выберите любой подраздел и взгляните на данные типа REG_DWORD под именем Start.

• (0) означает, что служба загружается во время фазы основной загрузки.
• (1) означает, что служба загружается во время фазы инициализации (следующая фаза).
• (2) означает, что служба загружается во время фазы загрузки, предназначенной для служб.
• (3) означает, что служба включена, но не инициализируется (запуск службы осуществляется вручную через оснастку Services консоли Microsoft Management Console (MMC)).
• (4) означает, что служба отключена.

Загрузка операционной системы

Ntoskrnl начинает загрузку операционной системы. Инициализируется ядро Windows и загружаются и инициализируются подсистемы. Эти действия формируют базовые элементы, необходимые для завершения загрузки операционной системы. Загрузочные драйверы, которые модуль Ntldr загрузил ранее, теперь инициализируются, вслед за чем инициализируются оставшиеся драйверы и службы. Когда инициализируются драйверы первого уровня, может возникнуть проблема в виде ошибки STOP или Blue Screen of Death. Это почти всегда бывает в процессе первой загрузки после обновления какого-либо драйвера. Во время инициализации драйвера файлом Ntoskrnl операционная система отторгает его.

Для решения проблемы необходимо перезагрузить компьютер, нажать F8 для отображения меню дополнительных возможностей (Advanced Options) и выбрать вариант загрузки последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration), соответствующей предыдущей версии драйвера.

Теперь ядро Windows и исполняющие модули работоспособны. Программа Session Manager Subsystem (smss.exe) настраивает пользовательскую среду. Система выполняет сверку с реестром, для того чтобы иметь возможность начать загрузку оставшихся драйверов и программного обеспечения, которые необходимо добавить. Ядро операционной системы также загружает файлы kernel32.dll, gdi32.dll и user32.dll, которые обеспечивают программное обеспечение пользователя доступом к Win32 API.

Регистрация компьютера в домене

В то время когда загрузка ядра и инициализация драйверов еще не закончилась, компьютер регистрируется в домене. Используя учетную запись компьютера (уникальное имя с собственным паролем), компьютер открывает защищенный канал к контроллеру домена (DC). Все это происходит до того, как на экране появляется диалоговое окно для регистрации пользователя в системе.

Учетные записи компьютера используются между клиентскими компьютерами (включая автономные серверы) и контроллерами доменов. В пределах одного домена один и тот же процесс происходит с участием нескольких DC. Поэтому важен порядок, в котором включаются компьютеры после штатного отключения. Защищенный канал используется компьютерами для обмена информацией, необходимой для аутентификации и авторизации. Учетные записи компьютера повышают безопасность сети, гарантируя, что пытающийся отправить важную информацию компьютер действительно является членом домена.

В качестве дополнительной меры безопасности компьютеры (как и пользователи в сети с усиленной настройкой системы безопасности) должны периодически менять пароли. По умолчанию интервал смены пароля составляет 30 дней. Когда настает время менять пароль, компьютер генерирует новый пароль и отправляет его по защищенному каналу (доступ к которому он получил, используя предыдущий пароль) на ближайший DC. В дальнейшем для доступа к защищенному каналу компьютер должен использовать новый пароль.

DC немедленно обновляет свою базу данных и реплицирует изменение пароля компьютера на другие DC домена. Пароли учетных записей компьютера содержат отметку о событии первостепенной важности (Announce Immediately), поэтому они не дожидаются следующей репликации DC по расписанию. Иногда эти события могут вызывать заметное снижение производительности. Если у многих или у всех компьютеров домена срок действия паролей заканчивается в один и тот же день, работа, которую должны будут выполнить контроллеры домена, сразу же затормозит другие важные задачи DC, такие как аутентификация пользователей или выполнение запланированных репликаций. Ситуация может осложниться еще и в том случае, если DC предоставляет другие услуги, такие как, например, услуги сервера DNS. Можно изменить способ обслуживания паролей компьютера для домена, для организационной единицы (OU) и для индивидуального компьютера, хотя стремление повысить производительность путем настройки компьютеров по одному неэффективно. В следующей статье я планирую рассказать о методах изменения процедуры регистрации компьютера в домене.

Загрузка служб регистрации пользователя

Подсистема Win32 запускает winlogon.exe, которая выводит на экран диалоговое окно регистрации пользователя и загружает процесс Local Security Authority (lsass.exe). Начинается процесс регистрации, и пользователь должен ввести имя и пароль в диалоговом окне Windows Log On To. Если пользователь указывает правильные имя и пароль, система завершает процесс регистрации, и пользователь может начинать работать. В этот момент загрузка Windows окончена, а текущие параметры загрузки сохраняются в так называемой последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration). Нужно иметь в виду, что успешная регистрация пользователя необходима для сохранения Last Known Good Configuration.

Действительно, сбои во время загрузки мешают всем - и пользователям, и администраторам. Однако, если досконально разобраться в процессе загрузки, проблемы становятся менее устрашающими и администраторам удается без труда решить их.

Реальный режим против защищенного

Тем, кто работает с компьютерами со времен DOS, будет легко понять разницу между реальным и защищенным режимом. Но для тех, чье знакомство с компьютером состоялось после распространения Windows, она может быть не столь очевидной.

Если компьютер работает в реальном режиме, программы взаимодействуют непосредственно с его портами и устройствами. Например, когда происходит печать документа, программа отправляет поток данных прямо на порт принтера. Однако эта парадигма не подходит для многозадачной операционной системы. Представьте, что произойдет, если несколько программ станут одновременно отправлять потоки данных на порты компьютера. Порты недостаточно интеллектуальны и не имеют никакой возможности фильтровать или упорядочивать потоки данных в соответствии с отправляющими программами.

Если компьютер работает в защищенном режиме, порты и устройства системы защищены от приложений, которые их используют. Программа полагает, что отправляет данные на порт, но это виртуальный порт. Операционная система перехватывает поток данных и управляет им так, чтобы все приложения имели равный доступ к устройствам и чтобы данные каждого приложения не смешивались с данными других приложений.

Кэти Ивенс ([email protected]) - редактор Windows & .NET Magazine. Является соавтором более 40 книг по компьютерной тематике, включая «Windows 2000: The Complete Reference»

Файлы операционной системы находятся на диске (жестком или гибком). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.

При включении компьютера он тестирует свои устройства и пытается выполнить загрузку ОС - программы, осуществляющей управление компьютером.

Этот процесс называется начальной загрузкой. Она выполняется автоматически при включении электропитания компьютера.

После включения компьютера производится загрузка операционной системы с системного диска в оперативную память, которая должна выполняться в соответствии с программой загрузки.

В компьютере находится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы, которые называются BIOS (базовая система ввода/вывода). ПЗУ расположено на системной плате и питается от батарейки, поэтому записанные в нем программы, не стираются при выключении компьютера.

После включения компьютера эти программы начинают выполняться, причем информация о ходе этого процесса высвечивается на экран дисплея. Сначала производится тестирование и настройка аппаратных средств, затем начинается загрузка операционной системы.

На этом этапе процессор обращается к диску и ищет в определенном месте (в 1 секторе диска) наличие очень небольшой программы-загрузчикаMaster Boot. Если диск системный, то Master Boot оказывается на месте, считывается в память, и ему передается управление. В свою очередь Master Boot ищет на диске основной загрузчик Boot Sector, загружает его в память и передает ему управление. Далее основной загрузчик ищет остальные модули операционной системы и загружает их в оперативную память.

В случае если в дисковод вставлен несистемный диск или диск вообще отсутствует, то на экране монитора появляется сообщение: Not sуstem disk, и компьютер «зависает».

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы, в противном случае загружается графический интерфейс.

Все файлы операционной системы не могут одновременно находится в оперативной памяти, так как объем современных операционных систем составляет десятки и сотни мегабайт. Для функционирования компьютера обязательно должны находится в оперативной памяти модуль, управляющий файловой системой, командный процессор и драйверы подключенных устройств. Модули операционной системы, обеспечивающие графический интерфейс, могут быть загружены в оперативную память по желанию пользователя.

	Вопросы для самоконтроля 1. Для чего необходима операционная система? 2. Какие компоненты входят в состав операционной системы? 3. Что называется файлом, как задается его имя? 4. Какие могут быть расширения текстовых файлов? 5. Чем отличается быстрое и полное форматирование диска? 6. Чем различаются одноуровневая и иерархическая файловые структуры? 7. Какие операции с файлами возможно? 8. Каковы основные этапы загрузки операционной системы?
Настройка интерфейса Windows Вопросы для изучения: 1. Рабочий стол Windows. 1.1. Значки и ярлыки объектов. 1.2. Окна. 1.3. Панель задач. 1.4. Панель индикации. 2. Структура окна папки. 2.1. Строка заголовка. 2.2. Кнопки управления размерами окна. 2.3. Системный значок. 2.4. Строка меню. 2.5. Панель инструментов. 2.6. Адресная строка. 2.7. Рабочее поле. 2.8. Строка состояния.

Операционные системы семейства Windows – наиболее универсальные. Ими можно пользоваться для работы с офисными программами, для потребительской работы в Интернете, в учебных и развлекательных целях. Как и все операционные

Для нормальной работы компьютера необходимо, чтобы основные модули опера­ционной системы находились в оперативной памяти. Поэтому после включения компьюте­ра организована автоматическая перезапись (загрузка) операционной системы с диска в оперативную память.

Программное обеспечение лучше всего работает, когда оно разделено на уровни, причем каждый уровень выполняет какую-то свою функцию и освобождает другие, более высокие, уровни от заботы о деталях в рамках своего уровня. Исходя из этой философии, операционная система MS-DOS построена по модульному принципу и состоит из следующих составных частей:

Загрузчик операционной системы;

Системные файлы IO.SYS и MSDOS.SYS ;

Драйверы устройств.

Командный процессор MS DOS (файл COMMAND.COM);

Внешние команды MS DOS .

Кроме того, MS-DOS, как и все другие операционные системы для IBM PC , использует встроенное программное обеспечение компьютера, именуемое Базовой Системой Ввода-Вывода (BIOS).

Рассмотрим указанные программные модули в том порядке, в каком они загружаются в оперативную память после включения ПК.

Базовая система ввода-вывода - это самый низкий уровень управления, своего рода интерфейс между аппаратными средствами компьютера и программами. BIOS управляет непосредственно аппаратурой компьютера и избавляет другие программы от знания деталей того, как это делается. Программы BIOS записываются в ПЗУ компьютера фирмой-производителем и осуществляют:

самотестирование компьютера при его включении (программа POST);

инициализацию, т.е. настойку компьютерного оборудования (определяется конфигурация компьютера, устанавливаются необходимые значения некоторых регистров);

выполнение обслуживающих функций и обработку аппаратных прерываний;

загрузку операционной системы, записанной на магнитном диске (программа BOOT).

Сразу после включения компьютера начинает работать программа POST, проверяя работоспособность оперативной памяти и других компонентов компьютера. Затем BIOS производит инициализацию и пытается считать с диска в дисководе А: программу-загрузчик операционной системы, чтобы передать ей управление и продолжить процесс загрузки DOS. При отсутствии необходимых файлов или самого гибкого диска поиск продолжается на жестких дисках С:, D:, Е: и т.д. Если загрузочный (или, иными словами, системный) диск не найден, сообщение об этом выдается на монитор.

Отметим, что после окончания загрузки служебные функции BIOS (например, вывод отдельных байтов на диск или экран дисплея, чтение символа с клавиатуры, чтение показаний часов реального времени и т.п.) вызываются с помощью прерываний. Прерывание - это аппаратный механизм, который заставляет процессор прервать выполнение текущей задачи и заняться обработкой внешнего события. Таким событием может быть сигнал от внешних устройств ввода-вывода, запрос какой-либо программы или случай ошибки (деление на ноль, слишком большое целое число и т.д.).

Загрузчик операционной системы - это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты и жесткого диска (винчестера) с операционной системой MS DOS. Функция этой программы заключается в считывании с загрузочного диска в оперативную память системных файлов DOS.

Системный файл IO.SYS - это расширение BIOS. Этот модуль настраивает операционную систему на конкретную конфигурацию вычислительного комплекса и позволяет подключать новые драйверы к нестандартным устройствам ввода-вывода,

Системный файл MSDOS.SYS - модуль обработки прерываний. В основном он обслуживает файловую систему и распоряжается распределением оперативной памяти.

После считывания загрузчиком системные файлы постоянно находятся в оперативной памяти компьютера, т.е являются резидентными программами.

При успешной загрузке системных файлов программный модуль IO.SYS устанавливает требуемую конфигурацию вычислительной системы. С этой целью он помещает в оперативную память компьютера драйверы внешних устройств.

Драйверы внешних устройств представляют собой отдельные программные файлы, обеспечивающие операции взаимодействия с внешними устройствами. Перечень подключаемых драйверов содержится в файле конфигурации CONFIG.SYS. .

Командный процессор завершает процесс загрузки операционной системы. После того, как управление компьютером передано командному процессору, последний автоматически начинает выполнение специального командного файла - AUTOEXEC.BAT (если такой файл присутствует в корневом каталоге загрузочного диска). В файле AUTOEXEC.BAT указывают команды и программы, выполняемые при каждом запуске компьютера. С помощью этого файла можно произвести настройку параметров операционной среды. Например, со­здать виртуальный диск, обеспечить смену режимов печати, загрузить вспомогательные программы и т.д.

Файлы с расширением.ВАТ играют при работе в системной среде особую роль. Они содержат совокупность ко­манд операционной системы или имен исполняемых файлов. После запуска файла с расширением.ВАТ все записанные в нем команды выполняются автоматически одна за другой.

Если файл AUTOEXEC.BAT не найден в корневом каталоге диска, с которого загружается операционная система, то MS DOS запрашивает у пользователя текущую дату и время.

После выполнения файла AUTOEXEC.BAT процесс загрузки операционной системы заканчивается. Командный процессор выдает приглашение, показывающее, что MS-DOS готова к приему команд. Приглашение обычно имеет вид А:\> или, например,С:\>, если загрузка производилась с жесткого диска.