Этапы загрузки UNIX-подобных операционных систем.

При загрузке компьютера происходит последовательная передача управления от BIOS к загрузчику, а от него — к ядру. Затем ядро запускает планировщик (для реализации многозадачности) и выполняет программу init (которая настраивает пользовательское окружение и позволяет осуществлять взаимодействие с пользователем и вход в систему), после чего ядро переходит в состояние бездействия до тех пор, пока не получит внешний вызов.

Основные этапы загрузки:

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 загрузочном секторе (Master Boot Record).

Ядро операционной системы имеет довольно сложную структуру – а значит, и непростой способ загрузки; оно может быть довольно большим, и может располагаться неизвестно где на диске, 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 – сложная программа с интерфейсом пользователя, который даёт возможность выбирать операционную систему или параметры загрузки ядра. Загрузчик должен иметь доступ к образу ядра, поэтому в него включается поддержка файловых систем.

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 универсальные загрузчики, 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, её необходимо проинициализировать.

Этот этап специфичен для различных операционных систем. В UNIX-подобных системах при этом обычно выводится информация о загрузке ядра отладочного характера.

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 другого.

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 переданного ему параметра 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 свой 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.