WINDOWS系统启动过程解析.docx

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WINDOWS系统启动过程解析

一、概述：

1）计算机启动时经过的过程：

    计算机接通电源后，第一步要进行加电自检，也就是POST（PowerOnSelfTest），检查RAM、驱动器等；第二步BIOS会读取活动分区主引导记录的启动装载器；第三步启动装载器初始化完成，操作系统启动正式开始，这个过程主要又分为引导阶段、加载内核阶段、初始化内核阶段、登录系统启动这四个阶段。

其中初始化内核阶段是一个很复杂的过程，系统需要加载很多底层硬件的驱动程序，读取注册信息、寻找新硬件设备、启动相关服务，初始化显示设备和显示出用户界面等。

并且实施各种用户自定义的配置，例如安全配置等。

2）各操作系统启动时使用的程序（文件）：

WIN98启动：

C，Io.sys，Msdos.sys，Drvspace.bin

WIN2000启动：

Ntldr,boot.ini,bootsect.dos,N,Ntoskrnl.exe

WINXP启动：

NTLDR，Boot.ini，，ntokrnl.exe，Ntbootdd.sys，bootsect.dos（可选择）

二、目录：

1、全面解析计算机启动过程

2、Windows98的启动过程

3、WIN2000启动的简单过程　　

4、Windows2000启动过程详解

5、WINXP启动的简单过程

6、WindowsXP启动过程详解

1、全面透析计算机启动过程

    打开电源启动机器几乎是电脑爱好者每天必做的事情，面对屏幕上出现的一幅幅启动画面，我们一点儿也不会感到陌生，但是，计算机在显示这些启动画面时都做了些什么工作呢？

相信有的朋友还不是很清楚，本文就来介绍一下从打开电源到出现Windows的蓝天白云时，计算机到底都干了些什么事情。

　　首先让我们来了解一些基本概念。

第一个是大家非常熟悉的BIOS（基本输入输出系统），BIOS是直接与硬件打交道的底层代码，它为操作系统提供了控制硬件设备的基本功能。

BIOS包括有系统BIOS（即常说的主板BIOS）、显卡BIOS和其它设备（例如IDE控制器、SCSI卡或网卡等）的BIOS，其中系统BIOS是本文要讨论的主角，因为计算机的启动过程正是在它的控制下进行的。

BIOS一般被存放在ROM（只读存储芯片）之中，即使在关机或掉电以后，这些代码也不会消失。

　　第二个基本概念是内存的地址，我们的机器中一般安装有32MB、64MB或128MB内存，这些内存的每一个字节都被赋予了一个地址，以便CPU访问内存。

32MB的地址范围用十六进制数表示就是0～1FFFFFFH，其中0～FFFFFH的低端1MB内存非常特殊，因为最初的8086处理器能够访问的内存最大只有1MB，这1MB的低端640KB被称为基本内存，而A0000H～BFFFFH要保留给显示卡的显存使用，C0000H～FFFFFH则被保留给BIOS使用，其中系统BIOS一般占用了最后的64KB或更多一点的空间，显卡BIOS一般在C0000H～C7FFFH处，IDE控制器的BIOS在C8000H～CBFFFH处。

　　第一步：

当我们按下电源开关时，电源就开始向主板和其它设备供电，此时电压还不太稳定，主板上的控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET（重置）信号，让CPU内部自动恢复到初始状态，但CPU在此刻不会马上执行指令。

当芯片组检测到电源已经开始稳定供电了（当然从不稳定到稳定的过程只是一瞬间的事情），它便撤去RESET信号（如果是手工按下计算机面板上的Reset按钮来重启机器，那么松开该按钮时芯片组就会撤去RESET信号），CPU马上就从地址FFFF0H处开始执行指令，从前面的介绍可知，这个地址实际上在系统BIOS的地址范围内，无论是AwardBIOS还是AMIBIOS，放在这里的只是一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动代码处。

　　第二步：

系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POST（Power－OnSelfTest，加电后自检），POST的主要任务是检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作，例如内存和显卡等设备。

由于POST是最早进行的检测过程，此时显卡还没有初始化，如果系统BIOS在进行POST的过程中发现了一些致命错误，例如没有找到内存或者内存有问题（此时只会检查640K常规内存），那么系统BIOS就会直接控制喇叭发声来报告错误，声音的长短和次数代表了错误的类型。

在正常情况下，POST过程进行得非常快，我们几乎无法感觉到它的存在，POST结束之后就会调用其它代码来进行更完整的硬件检测。

　　第三步：

接下来系统BIOS将查找显卡的BIOS，前面说过，存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常设在C0000H处，系统BIOS在这个地方找到显卡BIOS之后就调用它的初始化代码，由显卡BIOS来初始化显卡，此时多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息，介绍生产厂商、图形芯片类型等内容，不过这个画面几乎是一闪而过。

系统BIOS接着会查找其它设备的BIOS程序，找到之后同样要调用这些BIOS内部的初始化代码来初始化相关的设备。

　　第四步：

查找完所有其它设备的BIOS之后，系统BIOS将显示出它自己的启动画面，其中包括有系统BIOS的类型、序列号和版本号等内容。

　　第五步：

接着系统BIOS将检测和显示CPU的类型和工作频率，然后开始测试所有的RAM，并同时在屏幕上显示内存测试的进度，我们可以在CMOS设置中自行决定使用简单耗时少或者详细耗时多的测试方式。

    第六步：

内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，包括硬盘、CD－ROM、串口、并口、软驱等设备，另外绝大多数较新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的定时参数、硬盘参数和访问模式等。

　　第七步：

标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备，每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。

　　第八步：

到这一步为止，所有硬件都已经检测配置完毕了，多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个表格，其中概略地列出了系统中安装的各种标准硬件设备，以及它们使用的资源和一些相关工作参数。

　　第九步：

接下来系统BIOS将更新ESCD（ExtendedSystemConfigurationData，扩展系统配置数据）。

ESCD是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的一种手段，这些数据被存放在CMOS（一小块特殊的RAM，由主板上的电池来供电）之中。

通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会更新，所以不是每次启动机器时我们都能够看到“UpdateESCD…Success”这样的信息，不过，某些主板的系统BIOS在保存ESCD数据时使用了与Windows9x不相同的数据格式，于是Windows9x在它自己的启动过程中会把ESCD数据修改成自己的格式，但在下一次启动机器时，即使硬件配置没有发生改变，系统BIOS也会把ESCD的数据格式改回来，如此循环，将会导致在每次启动机器时，系统BIOS都要更新一遍ESCD，这就是为什么有些机器在每次启动时都会显示出相关信息的原因。

　　第十步：

ESCD更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。

以从C盘启动为例，系统BIOS将读取并执行硬盘上的主引导记录，主引导记录接着从分区表中找到第一个活动分区，然后读取并执行这个活动分区的分区引导记录，而分区引导记录将负责读取并执行IO.SYS，这是DOS和Windows9x最基本的系统文件。

Windows9x的IO.SYS首先要初始化一些重要的系统数据，然后就显示出我们熟悉的蓝天白云，在这幅画面之下，Windows将继续进行DOS部分和GUI（图形用户界面）部分的引导和初始化工作。

　　如果系统之中安装有引导多种操作系统的工具软件，通常主引导记录将被替换成该软件的引导代码，这些代码将允许用户选择一种操作系统，然后读取并执行该操作系统的基本引导代码（DOS和Windows的基本引导代码就是分区引导记录）。

上面介绍的便是计算机在打开电源开关（或按Reset键）进行冷启动时所要完成的各种初始化工作，如果我们在DOS下按Ctrl＋Alt＋Del组合键（或从Windows中选择重新启动计算机）来进行热启动，那么POST过程将被跳过去，直接从第三步开始，另外第五步的检测CPU和内存测试也不会再进行。

我们可以看到，无论是冷启动还是热启动，系统BIOS都一次又一次地重复进行着这些我们平时并不太注意的事情，然而正是这些单调的硬件检测步骤为我们能够正常使用电脑提供了基础。

2、Windows98的启动过程

    了解Windows98的启动过程，初学电脑的朋友可以更好地认识系统，并能够处理一些简单的启动故障，下面就一起去看看吧。

　　1）启动的过程

　　接通电脑电源，并点亮显示器，同时键盘、机箱上的指示灯闪烁。

显示器将检测显示卡信息，这个过程比较短暂，画面几乎是一闪而过。

　　完成显卡检测后，会发出嘟嘟的响声，然后进入下一画面，此时的界面中将显示系统BIOS信息，同时包括显示电脑硬件配置信息，包括CPU、内存等信息参数。

　　完成上面过程后，会显示一个系统配置列表。

然后根据CMOS设置的参数，硬盘将磁头定位在物理扇0柱0面1扇上，接着先后读取扇区结束标志55AAH、主引导记录MBR、硬盘分区表HDPT，然后根据硬盘分区表提供的数据，硬盘将磁头定位在活动分区（主DOS引导分区）的引导扇区上（一般为物理扇0柱1面1扇），接着先后读取扇区结束标志55AAH、操作系统参数。

这一过程虽然复杂，但目的却很简单，是将操作系统读取内存中，储存在ROM（只读存储器）中的BootstrapLoader程序和自诊断程序移动到RAM（随机存储器中），随着BootstrapLoader的运行，操作系统将系统文件送到RAM中。

然后系统会执行Io.sys和Msdos.sys两个文件，此时屏幕上会出现“StartingWindowsn98……”的信息。

　　需要说明的是，Windows启动时需要C，Io.sys，Msdos.sys，Drvspace.bin四个文件，在初始化过程中还要读取Autoexec.bat，Config.sys，System.ini，Win.ini，User.dat，System.dat六个文件。

　　当进入蓝天白云画面后，在此画面中，下方的蓝色条是不断闪烁的，此时在后台系统将运行一些系统文件，如果你的系统中已经配置了“Config.sys”文件，那么此时会被执行，同时系统还将执行“C”文件，使电脑能够进入DOS的实模式，启动基本成功。

　　然后会根据Autoexec.bat、msdos.sys进一步配置Windows98，并决定进入哪一种模式，如果进入窗口模式，还要根据user.dat，system.dat，Win.ini，system.ini等读取相关文件，自动对Windows系统进行初始化，此时屏幕已经黑屏，并在屏幕左上角出现一个闪烁的光标，与此同时，启动过程将自动读取Windows的注册表文件，并完成启动过程，出现Windows的初始画面，就可以运行Windows系统了。

　　在整个的启动过程，固化在主板中的ROMBIOS将监测硬件配置是否异常，比如板卡的接线、连接安装情况等是否正常，如果发生硬件故障，那么画面上将什么都不会出现，同时停止启动。

    2）启动也提速

　　Windows系统启动过程需要对整个计算机软硬件进行初始化，所以很多朋友会觉得启动过程过于缓慢，如何提高Windows98的启动速度呢？

　　①优化BIOS

　　进入BIOS设置程序，在“STANDARDCMOSSETUP”中将硬盘的检测方式设置为“IDEAutoDetection”，并将其他没有挂接磁盘或光驱的IDE接口设置为“None”。

　　在“BIOSFEAUTURESSETUP”中将“SystemBootUpSpeed”设置为“High”，并将QuickPowerOnSelfTest、BootFromLANFirst设置成为“Disabled”，将“BootSequence”选项设置为“COnly”或者“C，A”方式，设定“BootUpFloppySeek”为设为“Disabled”，然后设置“SystemBIOSCacheable”为“Enabled”。

还可以在CPU选项中设置“CPUL1Cache”、“CPUL2Cache”或“ExternalCache”、“InternalCache”设置为Enabled方式。

　　②修改msdos.sys

　　在DOS方式下，取消msdos.sys的只读属性，然后使用Edit程序打开对其编辑。

首先需要设置“Autoscan=0”，可以跳过Windows98被非正常关闭之后，自动运行scandisk磁盘扫描程序，从而可以加快启动速度。

设置“BootDelay”的值为0，用以指定Windows98引导前“StartWindows”提示信息停留时间。

加入Bootmenu=0命令行禁用启动菜单，即系统启动时不出现启动选项。

　　③配置“系统配置实用程序”

　　在Windows98启动时会自动运行一些程序，比如超级解霸的自动播放监视器等，我们可以将它们禁止运行，以达到快速启动的目的。

具体方法是点击“开始/程序/附件/系统工具/系统信息”，并选取菜单“工具/系统配置实用程序”，并在启动选项卡中图3），取消不必要的随系统自动运行的程序。

比如说，SystemTray是管理驻留内存的程序，可以保留。

LoadPowerProfile是电源管理方案，可以将其关闭。

ScanRegistry的作用是在Windows启动时检查注册表，可以将其取消。

TaskMonitor是计划任务监视器，可以将其取消。

SchedulingAgent是计划任务的时间表，也可以取消。

　　④跳过启动画面

　　Windows98在启动时会显示蓝天白云画面，可以通过跳过该启动画面加速系统启动过程，实现方法是，可以在系统启动时按住ESC键取消，或者打开根目录下的Msdos.sys文件，在其（Options）节添加Logo=0命令行。

　　⑤简化系统配置文件

　　可以将系统配置文件Config.sys和自动批处理文件Autoexec.bat删除，以改善系统的性能和启动速度，如果因为两个文件中加载了实模式驱动程序，反而会影响系统启动时间，如果要保留，注意不要加载光驱的驱动程序，以免启动时增加光驱的检测次数，增加光盘的读盘时间。

　　⑥定期整理硬盘碎片

　　要经常使用Windows98提供的“磁盘碎片整理程序”进行硬盘碎片整理，这样可以重新整理硬盘上文件和未使用的空间，以加速文件的读取和程序的运行，减少硬盘寻道时间，实现方法是，点击“开始/程序/附件/系统工具/磁盘碎片整理程序”，在“选择驱动器”对话框中，单击“设置”按钮，并选取“重新安排程序文件以使程序启动得更快”。

　　⑦设置预读

　　在“我的电脑”上单击鼠标右键，选择“属性”，在“系统属性”对话框中选择“性能”选项卡，单击“文件系统”按钮，在“硬盘”选项卡中，将电脑种类设置为“台式机”，将“预读式优化”滑块设置到“全部”，然后单击“确定”按钮即可。

　　⑧取消文件系统的疑难解答

　　Windows为排除电脑故障，设置了文件“疑难解答”，可以在“系统属性”对话框的“性能”选项卡中单击“文件系统”按钮，然后选择“疑难解答”选项卡，并将其全部取消。

3、WIN2000启动的简单过程

    在启动过程中，基于Windows2000的计算机初始化其后查找硬件中的引导部分，这叫做PrebootSequence。

系统启动时加载Ntldr并且是这一过程的最后一步，之后计算机将Ntldr加载到内存，在Windows2000加载阶段准备过程中引导次序收集硬件和驱动信息，PrebootSequence使用如下文件作引导进入系统：

Ntldr,boot.ini,bootsect.dos（如果使用更早的操作系统版本如Window9X或DOS作双启动的选项）,N,Ntoskrnl.exe。

4、Windows2000启动过程详解

    Windows2000是一个优秀的操作系统,它功能强大,安全稳定,深受广大电脑用户青睐。

但在使用过程中,我们明显地感觉到它的启动时间比Windows98要延长许多,比之Windows98更能考验人的耐性。

那么在这段让人忍无可忍但又不可不忍的时间中,系统究竟做了些什么工作哪,别急，，容俺慢慢道来，咱看一看它究竟为何如此龟速。

    在基于INTEL的计算机上,Windows2000/XP的启动过程大致可分为5个步骤:

预启动,启动,装载内核,初始化内核以及用户登录。

下面分别展开介绍：

    1）预启动

    首先计算机通电进行自检,并由BIOS（即基本输入输出系统）完成基本硬件配置,然后读取硬盘的MBR（主引导记录）检查硬盘分区表以确定引导分区,并将引导分区上的操作系统引导扇区调入内存中执行,此处即执行NTLDR（操作系统加载器）文件。

      *Windows2000/XP支持多重启动。

它在安装时会首先将已存在的其它操作系统引导扇区保存为BOOTSECT.DOS文件（位于活动分区根目录下）,并修改系统引导扇区,以便系统启动时加载NTLDR文件,从而达到多重启动的目的。

而Windows98则不具备这个功能，因此如果先装好Windows2000/XP后再装Windows98会破坏掉Windows2000/XP的引导记录，导致2000/XP不能启动。

    2）启动

      ①首先进行出始化,NTLDR会把处理器从实模式转换为32位保护模式。

      ②读取BOOT.INI文件。

该文件位于活动分区根目录下,它的作用是使系统在启动过程中出现选择菜单,由用户选择希望启动的操作系统。

如果选择启动Windows2000/XP,NTLDR会继续引导进行以下过程;如果选择为非Windows2000/XP系统,NTLDR则会读取系统引导扇区副本BOTSECT.DOS转入启动相应系统。

      *其中[BOOTLOADER]即操作系统加载器,指定系统选择菜单默认等待时间和默认引导的操作系统。

可手工修改或在控制面板中修改，为了保险起见，建议在控制面板中修改。

依次选择控制面板-〉系统-〉高级->启动和故障恢复，即可更改相关设置。

（在WindowsXP中还有另一种方法，即运行msconfig（系统配置实用程序）。

        [OPERATINGSYSTEMS]段指定操作系统列表,由双引号括起来的部分就是列表所显示的内容,可任意修改,使其更加个性化。

      *形如MULTI（0）DISK（0）RDISK（0）PARTITION

（1）格式的语句被称为ARC路径,它的格式为:

MULTI（）--指定磁盘控制器（若为SCSI控制器,则此处应替换为SCSI（））；DISK（）--指定SCSI设备编号（对于MULTI该处值始终为0）；RDISK（）--指定IDE设备编号（对于SCSI,此处被忽略）；PARTITION（）--指定分区编号。

除分区编号由1开始外,其余编号均从0开始。

        参数/FASTDETECT表示禁用串行鼠标检测,是系统默认值。

还有几个常见参数:

MAXMEM--指定Windows2000/XP可用内存容量;BASEVIDEO--使用标准VGA显示驱动程序;NOGUIBOOT--启动过程中不显示图形屏幕;SOS--加载设备驱动程序时显示其名称。

      *在操作系统选择菜单中的中文字体由位于活动分区根目录下的BOOTFONT.BIN文件提供。

      ③系统加载NTDETECT.COM文件。

由它来检测机器硬件,如并行端口,显示适配器等等,并将收集到的硬件列表返回NTLDR用于以后在注册表中注册保存。

      ④如果Windows2000/XP有多个硬件配置文件,此时会出现选择菜单,等待用户确定要使用的硬件配置文件,否则直接跳过此步,启用默认配置。

      *硬件配置文件是指保存计算机特定硬件配置的系统文件。

可以创建多个不同的硬件配置文件以满足计算机在不同场合的应用。

可以依次选择控制面板-〉系统->硬件-〉硬件配置文件作出修改。

    3）装载内核

      引导过程开始装载Windows2000/XP内核NTOSKRNL.EXE。

这个文件位于Windows2000/XP安装文件夹下的SYSTEM32文件夹中。

随后,硬件抽象层（HAL）被引导进程加载,完成本步骤。

      *硬件抽象层（HAL）:

隐藏特定平台的硬件接口细节,为操作系统提供虚拟硬件平台,使其具有硬件无关性,可在多种平台上进行移植。

    4）初始化内核

      内核完成初始化,NTLDR将控制权转交Windows2000/XP内核,后者开始装载并初始化设备驱动程序,以及启动WIN32子系统和WINDOWS2000/XP服务。

    5）用户登录

      开始登录进程。

由WIN32子系统启动WINLOGON.EXE,并由它启动LOCALSECURITYAUTHORITY（LSASS.EXE）显示登录对话框。

用户登录后,WINDOWS2000/XP会继续配置网络设备和用户环境。

最后,伴随着微软之声和我们熟悉的个性化桌面,WINDOWS2000/XP漫长的启动过程终于完成。

呵，是不是睡着了，醒醒吧，系统启动成功，您现在该干嘛就干嘛！

5、WINXP启动的简单过程

    打开电源，ROMBIOS先检测内存是否异常，接着是显卡，输入输出端口，软硬盘等，如果没有问题POST自检结束，开始寻找启动文件把它送到内存，读取Io.sys,,msdos.sys,config.sys.autoexec.bat，等等文件并装载其中的命令，最后读WIN.COM启动windows,启动结束.IO.SYS是最先读取的系统文件，他和,msdos.sys组成了最基本的系统，这个文件一般是不能直接修改的，我也就是在以前用WIN98β3版时，由于使用日期过期了，才用pctools改了一下，以便继续使用至可以搞到正式版的win98。

在读取io.sys的同时读取himem.sys,ifship,setver.exe,dbispace.bin文件，一般用户可以通过cinfig.sys,autoexec.bat里的命令来修改io.sys里的项目，关于这两个文件的里关于命令大部分于说过了。

MSDOS.SYS在DOS中是负责内存管理，系统读取的启动文件，在windows中主要用于启动时调整启动的选项这个文件修改很容易，举部分例子如下：

[paths]

HOSTWinBootDRV=C:

启动驱动器的路径

WinBootDir=C:

\wondows启动路径

WINDIR=C:

\wondows