Windows XP 启动过程详解

Windows?XP? ?
[日期：2006‐09‐05]? ? ? ? 作者：刘晖? mail:root@http://wendang.chazidian.com?
我们每天都在和Windows 打交道，很多人可能每天都要面对多次Windows 的启动过程，可是您
知道在Windows 的启动过程背后，隐藏着什么秘密吗？在这一系列过程中都用到了哪些重要的系统文
件？系统的启动分为几个步骤？在这些步骤中计算机中发生了什么事情？这些就是本文告诉您的。?
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本文的适用范围?
随着技术的发展，我们能够见到的计算机硬件种类越来越多。以计算机上最重要的组件CPU 来说，
目前就有很多选择。当然，这里的选择并不是说AMD 或者Intel 这种产品品牌，而是指其内部的体系
结构。目前常见的CPU 体系结构主要基于复杂指令集（Complex?Instruction?Set?Computing，CISC）或者
精简指令集（Reduced?Instruction?Set?Computing，RISC），我们常用的Intel 的Pentium、Celeron 系列以
及AMD 的Athlon、Sempron 系列都是基于复杂指令集的，而这些基于复杂指令集的CPU 还有32 位和
64 位的寄存器数据带宽区别。关于这些指令集以及寄存器数据带宽之间的区别等内容比较繁杂，而且
不是本文的重点，感兴趣的朋友可以自己在网上搜索相关内容。因为 CPU 种类的不同，在不同 CPU
的系统中运行的Windows 的启动过程也有一些小的不同。本文将会以目前来说最普遍的，在x86 架构
的系统上安装的32 位Windows?XP?Professional 为例向您介绍。?
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基本上，操作系统的引导过程是从计算机通电自检完成之后开始进行的，而这一过程又可以细分
为预引导、引导、载入内核、初始化内核，以及登录这五个阶段。?
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在继续阅读之前，首先请注意图1，这是Windows?XP 的操作系统结构，其中包括了一些在后台工
作的组件以及经常和我们打交道的程序。在了解Windows? XP 的启动过程之前，对系统结构有一个初
步概念是很重要的。?
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图1?
●预引导阶段? ?
当我们打开计算机电源后，预引导过程就开始运行了。在这个过程中，计算机硬件首先要完成通
电自检（Power‐On?Self?Test，POST），这一步主要会对计算机中安装的处理器、内存等硬件进行检测，
如果一切正常，则会继续下面的过程。?
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如果您的计算机BIOS（固化在计算机主板上芯片中的一些程序）是支持即插即用的（基本上，现
阶段能够买到的计算机和硬件都是支持这一标准的），而且所有硬件设备都已经被自动识别和配置，
接下来计算机将会定位引导设备（例如第一块硬盘，设备的引导顺序可以在计算机的 BIOS 设置中修
改），然后从引导设备中读取并运行主引导记录（Master?Boot?Record，MBR）。至此，预引导阶段成功
完成。?
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●引导阶段? ：?
引导阶段又可以分为：初始化引导载入程序、操作系统选择、硬件检测、硬件配置文件选择这四
个步骤。在这一过程中需要使用的文件包括：Ntldr、Boot.ini、http://wendang.chazidian.com、Ntoskrnl.exe、Ntbootdd.sys、
Bootsect.dos（非必须）。?
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●初始化引导载入程序? ：?
在这一阶段，首先出场的是ntldr，该程序会将处理器由实模式（Real?Mode）切换为32 位平坦内
存模式（32‐bit? Flat? Memory? Mode）。不使用实模式的主要原因是，在实模式下，内存中的前640? KB
是为MS‐DOS 保留的，而剩余内存则会被当作扩展内存使用，这样Windows? XP 将无法使用全部的物
理内存。而32 位平坦内存模式下就好多了，Windows?XP 自身将能使用计算机上安装的所有内存（其
实最多也只能用2?GB，这是32 位操作系统的设计缺陷）。?
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接下来ntldr 会寻找系统自带的一个微型的文件系统驱动。大家都知道，DOS 和Windows?9x 操作
系统是无法读写NTFS 文件系统的分区的，那么Windows? XP 的安装程序为什么可以读写NTFS 分区？
其实这就是微型文件系统驱动的功劳了。只有在载入了这个驱动之后，ntldr 才能找到您硬盘上被格式
化为NTFS 或者FAT/FAT32 文件系统的分区。如果这个驱动损坏了，就算您的硬盘上已经有分区，ntldr
也认不出来的。?
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读取了文件系统驱动，并成功找到硬盘上的分区后，引导载入程序的初始化过程就已经完成了，
随后我们将会进行到下一步。?
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●操作系统选择? ?
这一步并非必须的，只有在您计算机中安装了多个Windows 操作系统的时候才会出现。不过无论
您的计算机中安装了几个Windows，计算机启动的过程中，这一步都会按照设计运行一遍，只有在确
实安装了多个系统的时候，系统才会显示一个列表，让您选择想要引导的系统。但如果您只有一个系
统，那么引导程序在判断完之后会直接进入到下一阶段。?
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如果您已经安装了多个Windows 操作系统（泛指Windows? 2000/XP/2003 这类较新的系统，不包
括Windows?9x 系统），那么所有的记录都会被保存在系统盘根目录下一个名为boot.ini 的文件中。ntldr
程序在完成了初始化工作之后就会从硬盘上读取 boot.ini 文件，并根据其中的内容判断计算机上安装
了几个Windows，它们分别安装在第几块硬盘的第几个分区上。如果只安装了一个，那么就直接跳过
这一步。但如果安装了多个，那么 ntldr 就会根据文件中的记录显示一个操作系统选择列表，并默认
持续30 秒。只要您做出选择，ntldr 就会自动开始装载被选择的系统。如果您没有选择，那么30 秒后，
ntldr 会开始载入默认的操作系统。至此操作系统选择这一步已经成功完成。?
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◎小知识：系统盘（System?Volume）和引导盘（Boot?Volume）有什么区别？?
这是两个很容易被人搞混的概念，因为根据微软对这两个名词的定义，很容易令人产生误解。根
据微软的定义，系统盘是指保存了用于引导Windows 的文件（根据前面的介绍，我们已经清楚，这些
文件是指ntldr、boot.ini 等）的硬盘分区/卷；而引导盘是指保存了Windows 系统文件的硬盘分区/卷。
如果只有一个操作系统的话，我们通常会将其安装在第一个物理硬盘的第一个主分区（通常被识别为
C 盘）上，那么系统盘和引导盘属于同一个分区。但是，如果您将您的Windows 安装到了其他分区中，
例如 D 盘中，那么系统盘仍然是您的 C 盘（因为尽管 Windows 被安装到了其他盘，但是引导系统所
用的文件还是会保存在 C 盘的根目录下），但您的引导盘将会变成是 D 盘。很奇怪的规定，保存了引
导系统所需文件的分区被叫做“系统盘”，反而保存了操作系统文件的分区被叫做“引导盘”，正好颠
倒了。不过微软就是这样规定的。?
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●硬件检测? ?
这一过程中主要需要用到 http://wendang.chazidian.com 和 Ntldr。当我们在前面的操作系统选择阶段选择了想要
载入的Windows 系统之后，http://wendang.chazidian.com 首先要将当前计算机中安装的所有硬件信息收集起来，并列
成一个表，接着将该表交给Ntldr（这个表的信息稍后会被用来创建注册表中有关硬件的键）。这里需
要被收集信息的硬件类型包括：总线/适配器类型、显卡、通讯端口、串口、浮点运算器（CPU）、可
移动存储器、键盘、指示装置（鼠标）。至此，硬件检测操作已经成功完成。?
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●配置文件选择? ?
这一步也不是必须的。只有在计算机（常用于笔记本电脑）中创建了多个硬件配置文件的时候才
需要处理这一步。?
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◎小知识：什么是硬件配置文件？为什么要用它？?
这个功能比较适合笔记本电脑用户。如果您有一台笔记本电脑，主要
在办公室和家里使用，在办公室的时候您可能会使用网卡将其接入公司的
局域网，公司使用了DHCP 服务器为客户端指派IP 地址；但是回到家之后，
没有了DHCP 服务器，启动系统的时候系统将会用很长时间寻找那个不存
在的DHCP 服务器，这将延长系统的启动时间。在这种情况下就可以分别
在办公室和家里使用不同的硬件配置文件了，我们可以通过硬件配置文件
决定在某个配置文件中使用哪些硬件，不使用哪些硬件。例如前面列举的
例子，我们可以为笔记本电脑在家里和办公室分别创建独立的配置文件，
而家庭用的配置文件中会将网卡禁用。这样，回家后使用家用的配置文件，
系统启动的时候会直接禁用网卡，也就避免了寻找不存在的DHCP 服务器
延长系统启动时间。?
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如果 Ntldr 检测到系统中创建了多个硬件配置文件，那么它就会在这
时候将所有可用的配置文件列表显示出来，供用户选择。这里其实和操作
系统的选择类似，不管系统中有没有创建多个配置文件，Ntldr 都会进行
这一步操作，不过只有在确实检测到多个硬件配置文件的时候才会显示文
件列表。?
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