[17]Windows的启动过程

一.内核的引导

在intel x86系统上，windows操作系统获得控制首先从硬盘的主引导记录（MBR,Master Boot Record）开始，windows setup程序在安装windows时候填充mbr.mbr包含代码和数据，其代码称为引导代码,在系统引导时候首先获得控制权；MBR中的数据是一张分区表，指定了每个分区在磁盘上的位置和大小，以及分区的类型。当MBR中的引导代码被执行时，它检查分区表中的每一个分区，找到被标记为可引导的分区，将该分区的第一个扇区读到内存中。然后MBR的代码将控制权交给引导扇区中的代码。引导扇区的职责是给windows提供有关该硬盘上卷的结构和格式方面的信息，并且从该卷的根目录中读入windows的加载程序，即ntldr文件，然后将控制权交给ntldr的入口函数。

intelx86处理器支持实模式和保护模式，在实模式下，处理器的寄存器都是16位的，而且不支持虚拟地址，只能访问物理内存空间中的1MB内存。计算机系统的BIOS工作在实模式下，并且，当ntldr获得控制权时，处理器仍然在实模式下运行。ntldr由两部分组成，第一部分是实模式代码，即首先获得控制的代码区；第二部分是一个标准的windos可执行二进制文件(PE格式)，在ntldr中这部分被称为os loader。

ntlder的实模式代码首先获得控制，它的任务是完成需在16位模式下执行的初始化工作，例如清楚键盘缓冲区，然后为切换到保护模式做好基本的环境准备，之后将处理器切换到保护模式下（32位），这样它就可以访问整个32位地址空间了。最后它将控制权交给os loader。因此，ntldr中的os loader是windows真正的32位入口程序。

os loader刚接获控制时，处理器虽然已经工作在保护模式下，但是它的虚拟地址转译机制尚未开启，所以，处理器仍然直接使用物理地址。os loader首先做的工作时把无力内训管理起来，用一个内训描述符(memory descriptor)数组把每一段内存的大小和用途记录下来，然后构造页目录和页表，再设置好页目录寄存器，并打开页面映射机制。之后，os loader继续执行其它的初始化工作，包括I/O设备的初始化等。

接下来，OS LOADER从系统分区的根目录下读入BOOT.INI文件（虽然此时文件系统驱动并未加载，但os loader包含了读取当前文件系统的代码，它能够读取NTFS文件系统的子目录），并解析。接下来OS loader加载并执行NTDETECT.COM程序，这是一个16实模式程序，它利用系统的BIOS来查询系统的基本设备和配置信息，包括系统的日期和时间，总线的类型，磁盘的信息等。这些信息被收集起来，在引导过程的后期被存放到注册表HKLM\HARDWARE\DESCRIPTION键的下面。

然后，OS LOADER加载内核模块映像文件，默认为NTOSKRNL.EXE，以及HAL映像文件，默认为HAL.DLL,再加载\windows\system32\config\system（注册表）文件。通过SYSTEM文件，它可以知道哪些设备驱动程序必须被加载进来，然后加载这些设备驱动程序，以及访问系统目录所必须的文件系统驱动程序。注意在此之前OS loader也可以访问系统分区，但并非通过文件系统驱动程序。

最后OS LOADER将控制权交给内核模块的入口函数，该函数将不再返回，所以，接下来的引导过程由内核模块继续进行，ntlder和os loader的使命已经完成。

二，内核的初始化

内核初始化的入口函数为kiSystemStartup,它是一个汇编函数.内核初始化主要是内核各个组件的初始化,但由于这些内核组件之间有紧密的耦合关系,所以它们的初始化并不是简单的顺序执行初始化。为了解决在初始化过程中的相互依赖性问题，内核的初始化分为两个阶段进行，称为阶段0和阶段1.阶段0初始化的目的是将阶段1初始化所需要的基本数据结构建立起来。在阶段0初始化过程中中断被禁止，因此处理器可以顺序的执行自己的初始化逻辑。

阶段0初始化完成以后，系统的线程调度器开始工作。特别值得一提的是，进程管理器在阶段0初始化过程中，除了初始化其内部的状态变量，它也为初始进程创建一个进程对象，并将其命名为"Idle".此外它还创建了一个system进程，以及一个系统线程。当阶段0完成后中断开始时，线程开始运行，则进入阶段1的初始化。

阶段1初始化是在System进程的一个系统线程中进行的，它在一个恰当的点上调用KeStartALLProcessors函数以启动其它的处理器。阶段1初始化是内核的完全初始化，它占据了系统初始化过程中相当一部分的时间。

三，建立用户登录会话

windows内核在阶段1初始化的组后，启动了一个用户模式进程--会话管理器子系统(smss.exe)。

smss主要根据注册表中的设置，完成一些引导工作。例如初始化并建立注册表树，建立系统的全局环境变量，启动windows子系统进程csrss.exe,启动登录进程winlogon.exe.接下来引导过程转到了winlogon进程,winlogon将启动services.exe和lass.exe进程。登录的最后explorer.exe进程启动，至此用户可以登录到系统并通过explorer.exe程序的用户界面操作系统中的资源。

（以上内容截取自潘爱明的windows内核原理与实现）