【正文】 我們每天都在和Windows打交道，很多人可能每天都要面對(duì)多次Windows的啟動(dòng)過(guò)程，可是您知道在Windows的啟動(dòng)過(guò)程背后，隱藏著什么秘密嗎？在這一系列過(guò)程中都用到了哪些重要的系統(tǒng)文件？系統(tǒng)的啟動(dòng)分為幾個(gè)步驟？在這些步驟中計(jì)算機(jī)中發(fā)生了什么事情？這些就是本文試圖告訴您的。本文的適用范圍隨著技術(shù)的發(fā)展，我們能夠見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)硬件種類越來(lái)越多。以計(jì)算機(jī)上最重要的組件CPU來(lái)說(shuō)，目前就有很多選擇。當(dāng)然，這里的選擇并不是說(shuō)AMD或者Intel這種產(chǎn)品品牌，而是指其內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)。目前常見(jiàn)的CPU體系結(jié)構(gòu)主要基于復(fù)雜指令集（Complex Instruction Set Computing，CISC）或者精簡(jiǎn)指令集（Reduced Instruction Set Computing，RISC），我們常用的Intel的Pentium、Celeron系列以及AMD的Athlon、Sempron系列都是基于復(fù)雜 指令集的，而這些基于復(fù)雜指令集的CPU還有32位和64位的寄存器數(shù)據(jù)帶寬區(qū)別。關(guān)于這些指令集以及寄存器數(shù)據(jù)帶寬之間的區(qū)別等內(nèi)容比較繁雜，而且不是 本文的重點(diǎn)，感興趣的朋友可以自己在網(wǎng)上搜索相關(guān)內(nèi)容。因?yàn)镃PU種類的不同，在不同CPU的系統(tǒng)中運(yùn)行的Windows的啟動(dòng)過(guò)程也有一些小的不同。本文將會(huì)以目前來(lái)說(shuō)最普遍的，在x86架構(gòu)的系統(tǒng)上安裝的32位Windows XP Professional為例向您介紹?；旧?，操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過(guò)程是從計(jì)算機(jī)通電自檢完成之后開始進(jìn)行的，而這一過(guò)程又可以細(xì)分為預(yù)引導(dǎo)、引導(dǎo)、載入內(nèi)核、初始化內(nèi)核，以及登錄這五個(gè)階段。在繼續(xù)閱讀之前，首先請(qǐng)注意圖1，這是Windows XP的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中包括了一些在后臺(tái)工作的組件以及經(jīng)常和我們打交道的程序。在了解Windows XP的啟動(dòng)過(guò)程之前，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有一個(gè)初步概念是很重要的。預(yù)引導(dǎo)階段當(dāng)我們打開計(jì)算機(jī)電源后，預(yù)引導(dǎo)過(guò)程就開始運(yùn)行了。在這個(gè)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)硬件首先要完成通電自檢（PowerOn Self Test，POST），這一步主要會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)中安裝的處理器、內(nèi)存等硬件進(jìn)行檢測(cè)，如果一切正常，則會(huì)繼續(xù)下面的過(guò)程。如果您的計(jì)算機(jī)BIOS（固化在計(jì)算機(jī)主板上芯片中的一些程序）是支持即插即用的（基本上，現(xiàn)階段能夠買到的計(jì)算機(jī)和 硬件都是支持這一標(biāo)準(zhǔn)的），而且所有硬件設(shè)備都已經(jīng)被自動(dòng)識(shí)別和配置，接下來(lái)計(jì)算機(jī)將會(huì)定位引導(dǎo)設(shè)備（例如第一塊硬盤，設(shè)備的引導(dǎo)順序可以在計(jì)算機(jī)的 BIOS設(shè)置中修改），然后從引導(dǎo)設(shè)備中讀取并運(yùn)行主引導(dǎo)記錄（Master Boot Record，MBR）。至此，預(yù)引導(dǎo)階段成功完成。引導(dǎo)階段引導(dǎo)階段又可以分為：初始化引導(dǎo)載入程序、操作系統(tǒng)選擇、硬件檢測(cè)、硬件配置文件選擇這四個(gè)步驟。在這一過(guò)程中需要使 用的文件包括：Ntldr、、 （非必須）。初始化引導(dǎo)載入程序在這一階段，首先出場(chǎng)的是ntldr，該程序會(huì)將處理器由實(shí)模式（Real Mode）切換為32位平坦內(nèi)存模式（32bit Flat Memory Mode）。不使用實(shí)模式的主要原因是，在實(shí)模式下，內(nèi)存中的前640 KB是為MSDOS保留的，而剩余內(nèi)存則會(huì)被當(dāng)作擴(kuò)展內(nèi)存使用，這樣Windows XP將無(wú)法使用全部的物理內(nèi)存。而32位平坦內(nèi)存模式下就好多了，Windows XP自身將能使用計(jì)算機(jī)上安裝的所有內(nèi)存（其實(shí)最多也只能用2 GB，這是32位操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷。關(guān)于大內(nèi)存的問(wèn)題因?yàn)楹捅疚牡膬?nèi)容關(guān)系不大，因此這里不表，日后有機(jī)會(huì)再單獨(dú)撰文介紹）。接下來(lái)ntldr會(huì)尋找系統(tǒng)自帶的一個(gè)微型的文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。大家都知道，DOS和Windows 9x操作系統(tǒng)是無(wú)法讀寫NTFS文件系統(tǒng)的分區(qū)的，那么Windows XP的安裝程序?yàn)槭裁纯梢宰x寫NTFS分區(qū)？其實(shí)這就是微型文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的功勞了。只有在載入了這個(gè)驅(qū)動(dòng)之后，ntldr才能找到您硬盤上被格式化為 NTFS或者FAT/FAT32文件系統(tǒng)的分區(qū)。如果這個(gè)驅(qū)動(dòng)損壞了，就算您的硬盤上已經(jīng)有分區(qū)，ntldr也認(rèn)不出來(lái)的。讀取了文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，并成功找到硬盤上的分區(qū)后，引導(dǎo)載入程序的初始化過(guò)程就已經(jīng)完成了，隨后我們將會(huì)進(jìn)行到下一步。操作系統(tǒng)選擇這一步并非必須的，只有在您計(jì)算機(jī)中安裝了多個(gè)Windows操作系統(tǒng)的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)。不過(guò)無(wú)論您的計(jì)算機(jī)中安裝了幾 個(gè)Windows，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程中，這一步都會(huì)按照設(shè)計(jì)運(yùn)行一遍，只有在確實(shí)安裝了多個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，系統(tǒng)才會(huì)顯示一個(gè)列表，讓您選擇想要引導(dǎo)的系統(tǒng)。 但如果您只有一個(gè)系統(tǒng)，那么引導(dǎo)程序在判斷完之后會(huì)直接進(jìn)入到下一階段。如果您已經(jīng)安裝了多個(gè)Windows操作系統(tǒng)（泛指Windows 2000/XP/2003這類較新的系統(tǒng)，不包括Windows 9x系統(tǒng)）。ntldr程序在完成了初始化工作之后就會(huì)從硬盤上讀取 ，并根據(jù)其中的內(nèi)容判斷計(jì)算機(jī)上安裝了幾個(gè)Windows，它們分別安裝在第幾塊硬盤的第幾個(gè)分區(qū)上。如果只安裝了一個(gè)，那么就直接 跳過(guò)這一步。但如果安裝了多個(gè)，那么ntldr就會(huì)根據(jù)文件中的記錄顯示一個(gè)操作系統(tǒng)選擇列表，并默認(rèn)持續(xù)30秒。只要您做出選擇，ntldr就會(huì)自動(dòng)開 始裝載被選擇的系統(tǒng)。如果您沒(méi)有選擇，那么30秒后，ntldr會(huì)開始載入默認(rèn)的操作系統(tǒng)。至此操作系統(tǒng)選擇這一步已經(jīng)成功完成。小知識(shí)：系統(tǒng)盤（System Volume）和引導(dǎo)盤（Boot Volume）有什么區(qū)別？這 是兩個(gè)很容易被人搞混的概念，因?yàn)楦鶕?jù)微軟對(duì)這兩個(gè)名詞的定義，很容易令人產(chǎn)生誤解。根據(jù)微軟的定義，系統(tǒng)盤是指保存了用于引導(dǎo)Windows的文件（根 據(jù)前面的介紹，我們已經(jīng)清楚，這些文件是指ntldr、）的硬盤分區(qū)/卷；而引導(dǎo)盤是指保存了Windows系統(tǒng)文件的硬盤分區(qū)/卷。 如果只有一個(gè)操作系統(tǒng)的話，我們通常會(huì)將其安裝在第一個(gè)物理硬盤的第一個(gè)主分區(qū)（通常被識(shí)別為C盤）上，那么系統(tǒng)盤和引導(dǎo)盤屬于同一個(gè)分區(qū)。但是，如果您 將您的Windows安裝到了其他分區(qū)中，例如D盤中，那么系統(tǒng)盤仍然是您的C盤（因?yàn)楸M管Windows被安裝到了其他盤，但是引導(dǎo)系統(tǒng)所用的文件還是 會(huì)保存在C盤的根目錄下），但您的引導(dǎo)盤將會(huì)變成是D盤。很奇怪的規(guī)定，保存了引導(dǎo)系統(tǒng)所需文件的分區(qū)被叫做“系統(tǒng)盤”，反而保存了操作系統(tǒng)文件的分區(qū)被 叫做“引導(dǎo)盤”，正好顛倒了。不過(guò)微軟就是這樣規(guī)定的。硬件檢測(cè)。當(dāng)我們?cè)谇懊娴牟僮飨到y(tǒng)選擇階段選擇了想要載入的 Windows系統(tǒng)之后，并列成一個(gè)表，接著將該表交給Ntldr（這個(gè)表的 信息稍后會(huì)被用來(lái)創(chuàng)建注冊(cè)表中有關(guān)硬件的鍵）。這里需要被收集信息的硬件類型包括：總線/適配器類型、顯卡、通訊端口、串口、浮點(diǎn)運(yùn)算器（CPU）、可移 動(dòng)存儲(chǔ)器、鍵盤、指示裝置（鼠標(biāo)）。至此，硬件檢測(cè)操作已經(jīng)成功完成。配置文件選擇這一步也不是必須的。只有在計(jì)算機(jī)（常用于筆記本電腦）中創(chuàng)建了多個(gè)硬件配置文件的時(shí)候才需要處理這一步。小知識(shí)：什么是硬件配置文件？為什么要用它？這 個(gè)功能比較適合筆記本電腦用戶。如果您有一臺(tái)筆記本電腦，主要在辦公室和家里使用，在辦公室的時(shí)候您可能會(huì)使用網(wǎng)卡將其接入公司的局域網(wǎng)，公司使用了 DHCP服務(wù)器為客戶端指派IP地址；但是回到家之后，沒(méi)有了DHCP服務(wù)器，啟動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)候系統(tǒng)將會(huì)用很長(zhǎng)時(shí)間尋找那個(gè)不存在的DHCP服務(wù)器，這將延 長(zhǎng)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。在這種情況下就可以分別在辦公室和家里使用不同的硬件配置文件了，我們可以通過(guò)硬件配置文件決定在某個(gè)配置文件中使用哪些硬件，不使用 哪些硬件。例如前面列舉的例子，我們可以為筆記本電腦在家里和辦公室分別創(chuàng)建獨(dú)立的配置文件，而家庭用的配置文件中會(huì)將網(wǎng)卡禁用。這樣，回家后使用家用的 配置文件，系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)直接禁用網(wǎng)卡，也就避免了尋找不存在的DHCP服務(wù)器延長(zhǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。如果Ntldr檢測(cè)到系統(tǒng)中創(chuàng)建了多個(gè)硬件配置文件，那么它就會(huì)在這時(shí)候?qū)⑺锌捎玫呐渲梦募斜盹@示出來(lái)，供用戶選 擇。這里其實(shí)和操作系統(tǒng)的選擇類似，不管系統(tǒng)中有沒(méi)有創(chuàng)建多個(gè)配置文件，Ntldr都會(huì)進(jìn)行這一步操作，不過(guò)只有在確實(shí)檢測(cè)到多個(gè)硬件配置文件的時(shí)候才會(huì) 顯示文件列表。載入內(nèi)核階段在這一階段，Ntldr會(huì)載入Windows XP的內(nèi)核文件：，但這里僅僅是載入，內(nèi)核此時(shí)還不會(huì)被初始化。隨后被載入的是硬件抽象層（）。硬件抽象層其實(shí)是內(nèi)存中運(yùn)行的一個(gè)程序，這個(gè)程序在Windows XP內(nèi)核和物理硬件之間起到了橋梁的作用。正常情況下，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序無(wú)法直接與物理硬件打交道，只有Windows內(nèi)核和少量?jī)?nèi)核模式的系統(tǒng)服務(wù)可 以直接與硬件交互。而其他大部分系統(tǒng)服務(wù)以及應(yīng)用程序，如果想要和硬件交互，就必須透過(guò)硬件抽象層進(jìn)行。小知識(shí)：為什么要使用硬件抽象層硬件抽 象層的使用主要有兩個(gè)原因：1，忽略無(wú)效甚至錯(cuò)誤的硬件調(diào)用。如果沒(méi)有硬件抽象層，那么硬件上發(fā)生的所有調(diào)用甚至錯(cuò)誤都將會(huì)反饋給操作系統(tǒng)，這可能會(huì)導(dǎo)致 系統(tǒng)不穩(wěn)定。而硬件抽象層就像工作在物理硬件和操作系統(tǒng)內(nèi)核之間的一個(gè)過(guò)濾器，可以將認(rèn)為會(huì)對(duì)操作系統(tǒng)產(chǎn)生危害的調(diào)用和錯(cuò)誤全部過(guò)濾掉，這樣直接提高了系 統(tǒng)的穩(wěn)定性；2，多平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)換翻譯。這個(gè)原因可以列舉一個(gè)形象的例子，假設(shè)每個(gè)物理硬件都使用不同的語(yǔ)言，而每個(gè)操作系統(tǒng)組件或者應(yīng)用程序則使用了同 樣的語(yǔ)言，那么不同物理硬件和系統(tǒng)之間的交流將會(huì)是混亂而且很沒(méi)有效率的。如果有了硬件抽象層，等于給軟硬件之間安排了一位翻譯，這位翻譯懂所有硬件的語(yǔ) 言，并會(huì)將硬件說(shuō)的話用系統(tǒng)或者軟件能夠理解的語(yǔ)言原意轉(zhuǎn)達(dá)給操作系統(tǒng)和軟件。通過(guò)這個(gè)機(jī)制，操作系統(tǒng)對(duì)硬件的支持可以得到極大的提高。硬件抽象層被載入后，接下來(lái)要被內(nèi)核載入的是HKEY_LOCAL_MACHINE\System注冊(cè)表鍵。 Ntldr會(huì)根據(jù)載入的Select鍵的內(nèi)容判斷接下來(lái)需要載入哪個(gè)Control Set注冊(cè)表鍵（圖2），而這些鍵會(huì)決定隨后系統(tǒng)將載入哪些設(shè)備驅(qū)動(dòng)或者啟動(dòng)哪些服務(wù)。這些注冊(cè)表鍵的內(nèi)容被載入后，系統(tǒng)將進(jìn)入初始化內(nèi)核階段，這時(shí)候 ntldr會(huì)將系統(tǒng)的控制權(quán)交給操作系統(tǒng)內(nèi)核。初始化內(nèi)核階段當(dāng)進(jìn)入到這一階段的時(shí)候，計(jì)算機(jī)屏幕上就會(huì)顯示W(wǎng)indows XP的標(biāo)志了，同時(shí)還會(huì)顯示一條滾動(dòng)的進(jìn)度條，這個(gè)進(jìn)度條可能會(huì)滾動(dòng)若干圈（圖3）。從這一步開始我們才能從屏幕上隊(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)有一個(gè)直觀的印象。在這一 階段中主要會(huì)完成這四項(xiàng)任務(wù)：創(chuàng)建Hardware注冊(cè)表鍵、對(duì)Control Set注冊(cè)表鍵進(jìn)行復(fù)制、載入和初始化設(shè)備驅(qū)動(dòng)，以及啟動(dòng)服務(wù)。創(chuàng)建Hardware注冊(cè)表鍵首先要在注冊(cè)表中創(chuàng)建Hardware鍵，Windows內(nèi)核會(huì)使用在前面的硬件檢測(cè)階段收集到的硬件信息來(lái)創(chuàng)建HKEY_LOCAL_MACHINE\Hardware鍵，也就是說(shuō)，注冊(cè)表中該鍵的內(nèi)容并不是固定的，而是會(huì)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)中的硬件配置情況動(dòng)態(tài)更新。對(duì)Control Set注冊(cè)表鍵進(jìn)行復(fù)制如果Hardware注冊(cè)表鍵創(chuàng)建成功，那么系統(tǒng)內(nèi)核將會(huì)對(duì)Control Set鍵的內(nèi)容創(chuàng)建一個(gè)備份。這個(gè)備份將會(huì)被用在系統(tǒng)的高級(jí)啟動(dòng)菜單中的“最后一次正確配置”選項(xiàng)。例如，如果我們安裝了一個(gè)新的顯卡驅(qū)動(dòng)，重啟動(dòng)系統(tǒng)之 后Hardware注冊(cè)表鍵還沒(méi)有創(chuàng)建成功系統(tǒng)就已經(jīng)崩潰了，這時(shí)候如果選擇“最后一次正確配置”選項(xiàng)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)使用上一次的Control Set注冊(cè)表鍵的備份內(nèi)容重新生成Hardware鍵，這樣就可以撤銷掉之前因?yàn)榘惭b了新的顯卡驅(qū)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)置的更改。載入和初始化設(shè)備驅(qū)動(dòng)在這一階段里，操作系統(tǒng)內(nèi)核首先會(huì)初始化之前在載入內(nèi)核階段載入的底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)，然后內(nèi)核會(huì)在注冊(cè)表的 HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services鍵下查找所有Start鍵值為“1”