Загрузку операционной системы можно разделить на несколько этапов. Начальный этап загрузки не зависит от того, какая операционная система установлена на компьютере, он в первую очередь связан с особенностями архитектуры используемого компьютера. Затем следуют этапы загрузчиков, которые также могут не относиться к определённым операционным системам, после чего инициализируется ядро операционной системы и производятся специфические только для этой ОС операции.
Рассмотрим загрузку операционной системы UNIX как следующую последовательность этапов (Рисунок 3.1, «Этапы загрузки ОС UNIX»):
Рисунок 3.1. Этапы загрузки ОС UNIX
досистемный загрузчик
Как правило, сразу после включения питания программа ПЗУ BIOS проводит тестирование оборудования, затем запускается досистемный загрузчик.
Задача этого этапа — определить (возможно, с помощью пользователя), с какого устройства будет идти загрузка, загрузить оттуда специальную программу-загрузчик и запустить её. Например, выяснить, что устройство для загрузки — жесткий диск, считать самый первый сектор этого диска и передать управление программе, которая находится в считанной области.
загрузчик первого уровня
Загрузчик первого уровня занимает обычно не более одного сектора в самом начале диска — в его загрузочной записи. Загрузочная запись диска (Master Boot Record) — первый сектор диска, в котором хранится таблица разделов и код системного загрузчика.
Ядро операционной системы имеет довольно сложную структуру — а значит, и непростой способ загрузки; оно может быть довольно большим и может располагаться в произвольной област диска, подчиняясь законам файловой системы (например, состоять из нескольких частей, разбросанных по диску). Учесть все это первичный загрузчик не в состоянии, поэтому его задача — определить, где на диске находится загрузчик второго уровня, загрузить его в память и передать ему управление.
загрузчик второго уровня
Вторичный загрузчик — уже более сложная программа с интерфейсом пользователя, который даёт возможность выбирать операционную систему или параметры загрузки ядра. Чтобы продолжить загрузку, необходимо иметь доступ к образу ядра, поэтому зачастую в код загрузчика включается поддержка файловых систем. Более простые загрузчики в процессе предварительной установки сохраняют адреса всех блоков диска, в которых располагается файл с образом ядра.
В любом случае вторичный загрузчик читает образ ядра в определённый адрес памяти и передаёт туда управление.
Большинство операционных систем имеют собственные загрузчики первого и второго уровней. Однако существуют и универсальные загрузчики, не привязанные к конкретной операционной системе, например GRUB.
инициализация ядра операционной системы
Как мы уже выяснили ранее, ядро — очень сложная программа, взаимодействующая с различным оборудованием, поэтому прежде чем начать работу с системой, ядро необходимо проинициализировать.
Этот этап специфичен для различных операционных систем. В UNIX-подобных системах при этом обычно выводится информация отладочного характера о ходе загрузке ядра.
Первым делом ядро занимается определением параметров вычислительной подсистемы компьютера: выясняет тип и быстродействие центрального процессора, объем оперативной памяти, объем и структуру кэш-памяти; делает предположение об архитектуре компьютера в целом и многое другое.
На следующем шаге ядро определяет состав и архитектуру всего аппаратного наполнения компьютера: тип и параметры шин передачи данных и устройств управления ими (контроллеров), список внешних устройств, доступных по шинам, настройки этих устройств — диапазон портов ввода-вывода, адрес ПЗУ, занимаемое аппаратное прерывание, номер канала прямого доступа к памяти и т. п.
Ядро на основании параметра, переданного ему загрузчиком, выбирает корневой раздел — файловую систему, содержащую будущий каталог / и его подкаталоги (для системной начальной загрузки важны каталоги /etc, /bin, и /sbin). Корневой раздел монтируется в качестве /. После этого ядро запускает первый процесс — init (по умолчанию, /sbin/init).
процесс init
С этого момента операционная система обеспечивает полноценную функциональность всем исполняющимся процессам. В UNIX первым запускаемым процессом является init, о котором сказано в следующем разделе.
