Как выполняется загрузка ос windows

Время на прочтение5 мин

Количество просмотров170K

А вы никогда не задумывались над тем, что же происходит с операционной системой в тот момент, когда она рисует свой логотип и говорит «Starting Windows»? И вообще, почему она долго загружается? Ведь при старте системы уж точно не решаются никакие задачи, сложные с вычислительной точки зрения!

Что тогда подразумевает под собой загрузка операционной системы? По большей части это проецирование в память исполняемых модулей и инициализация служебных структур данных. Структуры данных живут в памяти, поэтому операции с ними по идее должны быть быстрыми. Все наталкивает на мысль о том, что время съедается именно процессом загрузки исполняемых модулей в память.

Давайте интереса ради разберемся, какие модули, в каком количестве и в каком порядке загружаются при старте ОС. Чтобы выяснить это, можно, например, получить лог загрузки системы. Подопытная ОС в моем случае — Windows 7 Enterprise x64. Логировать процесс загрузки будем при помощи отладчика ядра. Существует несколько вариантов отладчиков ядра, лично я предпочитаю WinDbg. Также нам понадобятся некоторые вспомогательные средства для волшебного превращения лога в нечто более приятное глазу.

Mining and crafting

Настройка отладки хорошо гуглится, поэтому описывать подробно этот процесс я не буду. Поскольку нас интересует все происходящее с момента старта системы, нам нужно отметить пункт «Cycle Initial Break», с помощью чего отладчик остановится, как только в отлаживаемой системе будет загружена подсистема отладки ядра. Дублирование вывода в файл можно осуществить при помощи команд «.logopen» и «.logclose», это просто. Другая полезная команда — «.cls». Она очищает экран команд, и да, только экран команд.

Интересующая нас функция — «MiCreateImageFileMap». Это внутренняя функция менеджера памяти, проецирующая исполняемый файл в память. Проецирование в память происходит при создании секции, например, при запуске исполняемого файла. Однако учтите, что если исполняемый файл проецируется в память, это не гарантия того, что будет выполнен его код! Эта функция просто создает проекцию, чаще всего «про запас», чтобы, если кто-то надумает запустить модуль на исполнение, можно было сэкономить время его загрузки. На эту функцию поставим логирующую точку останова.

Если у вас достаточно маны, вводите следующую команду:

bu nt!MiCreateImageFileMap "dt nt!_EPROCESS -d ImageFileName @$proc; dt nt!_FILE_OBJECT -d FileName @rcx; g"

Магическая строчка буквально означает следующее:

• bu (Set Unresolved Breakpoint) — установить неразрешенную точку останова. Не то чтобы кто-то или что-то не разрешал, просто для ее установки необходимо определиться, по какому адресу ее ставить. Дело в том, что заранее не известно, по какому адресу она должна располагаться. При загрузке любого модуля проверяется присутствие в нем необходимой функции, и если такая функция найдена, точка останова устанавливается автоматически. Такой способ установки незаменим при включенном ASLR — рандомизации адресного пространства, поскольку модули будут загружаться каждый раз по разным адресам, и точка останова, установленная по фиксированному адресу, с большой вероятностью окажется не у дел.
• nt!MiCreateImageFileMap — символ, на котором нужно останавливаться. В WinDbg принята запись в форме ‘module_name!function_name’. В данном случае nt является предопределенным псевдонимом для ntoskrnl.exe.
• далее следует часть WinDbg-скрипта, которая будет выполняться каждый раз при остановке на этой функции. «dt nt!_EPROCESS -d ImageFileName @$proc» по-русски означает «отобразить поле ImageFileName структуры _EPROCESS из модуля nt при условии ее отображения по адресу, определенному в псевдорегистре «текущий процесс»». Следующая после разделителя «;» команда означает примерно то же самое, только адрес структуры берется из регистра rcx, в котором в Microsoft x64 ABI передается первый параметр функции. «g» означает «go», т.е. продолжить исполнение.

Небольшая рекомендация по использованию логирующих точек останова: старайтесь не использовать расширения отладчика (команды, начинающиеся с «!»), поскольку в таком случае логирование будет выполняться на порядок медленнее.

Поехали! Отжимаем тормоз точки останова и ждем. Я ждал, пока не прогрузится рабочий стол, т.е. я залогинился. Полученный «урожай» немного редактируется, обрезается все лишнее для удобства дальнейшей обработки и скармливается дружище питону. Не будем заострять внимание на парсинге лога. Отметим только, что граф укладывался в форму спирали Архимеда с дальнейшей коррекцией вручную, поскольку происходило наложение узлов друг на друга. В полученном графе учитывается порядок загрузки библиотек. К сожалению, пришлось пожертвовать учетом порядка загрузки исполняемых файлов относительно библиотек в угоду удобочитаемости графа.

Карта звездного неба

Картинка с сайта: habr.com

Условно выделим несколько групп загрузки.

Начинается работа OC в модуле ntoskrnl.exe, являющимся ядром ОС. А если еще конкретнее — с функции KiSystemStartup(). Вместе с загружаемыми системными компонентами она формирует фундамент ОС: разделение режимов работы, базовые сервисы для пользовательских приложений и т.п. В эту же группу входят драйверы, отмеченные для загрузки во время старта системы. В двух словах, в этой ракушке зарождается ОС Windows.

Картинка с сайта: habr.com

Следующий узел — менеджер сессий (session manager). Его представляет первый после системного процесс, стартующий в Windows — smss.exe. Процесс примечателен тем, что является родным (native) процессом Windows, то есть он не использует подсистему Win32, которая в общем-то еще не загружена. Этот процесс использует только нативные сервисы операционной системы посредством ntdll.dll, представляющей собой интерфейс режима пользователя для сервисов ОС. Также этот процесс является доверенным компонентом операционной системы и обладает исключительными правами, например, он может создавать маркеры безопасности (security tokens). Но главное его предназначение — создание сеансов и инициализация подсистем, как графической, так и различных исполняемых (Windows, POSIX). Эта ракушка воздает каждому по потребностям.

Картинка с сайта: habr.com

Группа входа в систему (logon) состоит из нескольких процессов. В целом они отвечают за инициализацию сеансов. Это включает в себя отображение экрана приветствия, создание рабочих столов, запуск процессов автозагрузки и инициализацию подсистемы безопасности и т.п. Этот веник отметает всех посторонних.

Картинка с сайта: habr.com

Самой массивной оказалась группа сервисов. Во многом она обязана своим объемом службе SuperFetch. Эта та самая, про которую говорят, что она по выходным заранее прогружает офисный пакет, а в начале рабочей недели — Steam с игрушками. Superfetch прогружает огромное количество модулей при старте системы, чтобы потом «все быстрее работало». Да и кроме него в системе хватает сервисных приложений и автозапускающихся драйверов. Думаю, все видели оснастку «Службы и приложения». Эта звезда жизни заводит в системе все, что нужно и не очень.

Картинка с сайта: habr.com

Последним отмечу любимый всеми explorer.exe. Примечательно, что к моменту его запуска все используемые им модули уже загружены в память. В скриншот также попал некий vcredist_x64.exe — бедолага лежал на рабочем столе подопытной виртуальной машины и был прогружен в память проводником.

Картинка с сайта: habr.com

Вообще способов оказаться загруженным в память у модуля много. Например, достаточно запросить информацию из ресурсов исполняемого файла, в том числе его иконку. Конкретно в данном примере проводник проверял, является ли эта программа требующей повышенных привилегий, т.е. стоит ли дорисовывать к иконке соответствующий рисуночек с желто-голубым щитом. Еще раз отмечу, что загрузка модуля в память не означает выполнение его кода!

Лично я держу получившуюся картинку под боком. По ней хорошо прослеживаются зависимости, например, драйверов. Также в паре с утилитой Sysinternals Autoruns можно увидеть, на каком этапе загрузки подтягиваются те или иные модули.

Граф загрузки был построен для ОС Windows 7 Enterprise x64, установленной на виртуальной машине VMware. Ниже приведены векторное изображение графа и непосредственно файл в формате gml, с которым можно поиграться в любом редакторе графов.
Граф в формате GML
Векторное изображение графа

Внимание! Бонус!
Граф загрузки для чистой ОС Windows 8 Enterprise x64 на живой машине
Граф в формате GML
Векторное изображение графа

Ингредиенты:
WinDbg @ msdn.microsoft.com/en-us/windows/hardware/gg463009.aspx
Python @ www.python.org
NetworkX @ networkx.lanl.gov
yEd Graph Editor @ www.yworks.com/en/products_yed_about.html
Руки @ Плечи

Основные этапы загрузки операционной системы Windows

Загрузка Windows

Наличие сигнатуры проверяется подпрограммой

Картинка с сайта: burlakov.org

4. MBR определяет активный раздел и управление передается загрузочной записи, которую хранит первый сектор активного раздела. При помощи данной загрузочной записи активируется менеджер загрузки ОС Windows (называется bootmgr – файл, расположенный в корневой директории активного раздела).

boot.ini позволяют загрузчику найти дальнейшие компоненты загружаемой системы и определяют нужные параметры начальной загрузки.

Пример содержимого boot.ini:

[boot loader]
timeout=10
default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WINNT
[operating systems]
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(3)WINNT="MS Windows 2000
Server" /fastdetect
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WINNT="MS Windows 2000
Professional RUS" /fastdetect

Картинка с сайта: burlakov.org

Картинка с сайта: burlakov.org

Картинка с сайта: burlakov.org

Картинка с сайта: burlakov.org

Загрузка ядра

HKLMSYSTEMCurrentContorlSetControlServiceGroupOrder

HKLMSystemCurrentControlSetServices.

Инициализация ядра

HKLMSystemCurrentControlSetServices

Вывод на экран информации о процессе загрузки

multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(2)Windows ="Комментарий для пользователя"/sos

multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsSystem32ntoskrnl.exe
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsSystem32hal.dll
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsSystem32KDCOM.DLL
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsSystem32BOOTVID.DLL
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsSystem32configsystem
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsSystem32c_1251.nls
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsSystem32c_866.nls
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsSystem32l_intl.nls
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WindowsFONTSvga866.fon

Это статья для повышения компьютерного кругозора. Если сегодня хочется попрограммировать, сделайте проект с колесом фортуны, а если нужны задачи — вот подборка самых интересных задач на логику.

Сегодня покажем, что происходит в обычном стационарном компьютере, когда вы его включаете и загружаете. Прямо по шагам, углубляясь в детали. 

Воткнули вилку в розетку

Чаще всего компьютер включён в сеть постоянно, и это значит, что блок питания подаёт на материнскую плату совсем небольшой ток. Ток настолько мал, что внутри блока питания ничего не греется, поэтому не нужно включать никакие вентиляторы. 

Ток поступает на контакты питания материнской платы, а оттуда — на системный контроллер. Системный контроллер — специальная микросхема (или группа микросхем), которая управляет всем, что находится на материнской плате, включая процессор и оперативную память. Когда есть питание, системный контроллер просто ждёт, пока пользователь не нажмёт кнопку включения компьютера.

Получается, даже когда компьютер условно выключен, на самом деле он включён — работает системный контроллер, который, как сторож, проверяет, нужно ли подавать электричество на остальные устройства внутри компьютера. 

Нажали кнопку включения

После нажатия кнопки включения системный контроллер получает от неё сигнал и говорит блоку питания: «Мне нужно больше тока». Блок начинает полноценно работать и подаёт полноценное питание на материнскую плату и остальные компоненты — теперь начинают работать все основные компоненты компьютера:

Когда всё это заработало, системный контроллер берёт содержимое микросхемы BIOS, загружает его в оперативную память и говорит «Ну всё, дальше ты». С этого момента управление компьютером переходит к BIOS.

Загрузился BIOS

BIOS — это аббревиатура от Basic Input/Output System, базовая система ввода-вывода. Она отвечает за первоначальную загрузку компьютера. Все данные BIOS хранятся в отдельной микросхеме на материнской плате, а чтобы настройки не пропали после отключения от розетки, ставят батарейку. Если питания от сети не будет, батарейка будет поддерживать память в микросхеме около 10 лет.

Картинка с сайта: thecode.media

Первое, что делает BIOS, — запускает POST (Power On Self Test), самотестирование при включении. Тест проверяет работу процессора, оперативной памяти, контроллеров, загрузчиков и всего остального оборудования, важного для загрузки компьютера. Если всё в порядке, то компьютер пропищит один раз и продолжит загрузку — так он сообщает о результатах тестирования. А если будут ошибки — пропищит иначе, например:

Когда POST пройден, BIOS начинает искать загрузчик операционной системы. Для этого он смотрит у себя в настройках порядок загрузки — список дисков по очереди, с которых можно загрузиться. Например, вот порядок загрузки на экране BIOS компьютера Lenovo. Видно, что сначала нужно попробовать загрузиться с USB (первые три строчки), потом, если USB-дисков нет, — с жёсткого диска (п. 4), а если и диска нет — то попробовать с CD-дисковода или загрузиться по сети:

Картинка с сайта: thecode.media

Как только загрузчик найден, BIOS считывает его код и передаёт ему всё дальнейшее управление компьютером.

Немного про UEFI

У BIOS есть проблема — устаревший интерфейс и мало возможностей для настроек компьютера. Чтобы это исправить, придумали UEFI — мини-операционную систему, которая так же, как и BIOS, может управлять основными настройками, но ещё обладает дополнительными возможностями. Например, у неё есть полноценный графический интерфейс с мышкой, расширенные возможности по настройке устройств и более полный доступ к возможностям железа. 

Основное отличие от BIOS в том, что UEFI требуется больше памяти для первоначальных программ загрузки компьютера. Для этого UEFI забирает себе первые 100 мегабайт на диске и берёт эти данные оттуда, а сам раздел делает скрытым. 

Картинка с сайта: thecode.media

Работа загрузчика

Загрузчик — это сборное название всех программ и драйверов, которые понадобятся операционной системе для полноценной загрузки. 

Можно провести такую аналогию: операционная система — это строительная бригада, которая может сделать что угодно. Но для её работы нужен менеджер, чтобы он заранее съездил к заказчику, выяснил, что нужно сделать, составил смету, закупил материалы и прикинул график работ. Загрузчик — это как раз тот самый менеджер, который делает все предварительные работы. Если менеджер не сделает свою часть, бригада не сможет приступить к работам.

Сам загрузчик находится на жёстком диске, и как только BIOS его находит и отправляет в оперативную память, загрузчик начинает действовать:

На финальном этапе загрузчик находит ядро операционной системы, загружает его в память и передаёт управление ему.

Запуск ядра операционной системы

Если процесс загрузки дошёл до этой точки, то компьютер понимает, что скоро загрузится операционная система, а значит, можно показать пользователю стартовый экран. На Windows он выглядит так:

Картинка с сайта: thecode.media

Пока крутится индикатор загрузки, ядро занимается тем, что загружает и запускает все служебные программы и скрипты:

Смысл ядра — запустить все программы, которые будут нужны для дальнейшей работы операционной системы. В нашей аналогии со строительной бригадой, ядро — это прораб, который находится всё время на объекте от начала работ до их полного окончания. Прораб следит за ключевыми процессами и вмешивается, если что-то идёт не так. Ядро действует точно так же: обеспечивает работоспособность всей ОС и регулирует ключевые процессы.

Вход пользователя в систему

Последний шаг загрузки компьютера — вход пользователя в систему. Он может быть автоматическим, если нет пароля на вход — в противном случае система попросит его ввести:

Картинка с сайта: thecode.media

После входа операционная система загружает все пользовательские настройки и программы — ставит нужный фон на рабочий стол, применяет какую-то схему оформления и запускает те программы, которые выбрал этот пользователь.

И всё.

Что означают слова «мой компьютер не запускается»?

Каждый сетевой администратор постоянно сталкивается с ситуацией, когда пользователи, жалующиеся на неполадки, произносят туманную фразу, которая может слегка испортить настроение: «Компьютер не запускается!» Обычно при этом пользователи сообщают, что нечто непредвиденное произошло в процессе загрузки — либо во время самотестирования компьютера (Power On Self Test, POST), либо во время процедур начальной загрузки Windows. Для диагностики и устранения подобных проблем администратор должен понимать, что происходит в процессе загрузки.

Термин «сбой в процессе загрузки» относится и к аппаратным проблемам, и к проблемам операционной системы. Во времена компьютеров с MS-DOS, POST занимал больше времени, чем загрузка операционной системы, и аппаратура была источником большинства проблем при начальной загрузке. За последние годы аппаратное обеспечение стало более надежным, а благодаря развитым функциям BIOS возможности мониторинга, диагностики и управления оборудованием стали значительно шире. Поэтому в ситуации сбоя во время загрузки пользователи, скорее всего, сталкиваются именно с проблемой операционной системы. Давайте последовательно изучим процесс начальной загрузки, наблюдая, что происходит на каждом этапе, и уясним смысл каждого появляющегося сообщения об ошибке. Для удобства будем предполагать, что используются Windows 2000 или более поздние версии.

Включение питания

Не жалуется ли пользователь, что ничего не происходит, когда он нажимает кнопку питания? Если да, то сначала проверьте кабель.

Вот старый администраторский трюк на случай, если проходится иметь дело с выключенным из розетки компьютером при разговоре с пользователем по телефону. Пользователи часто не проверяют, включен ли их компьютер в розетку, а когда вы указываете им на такую возможность, возмущаются. Пользователь может воскликнуть: «Конечно, он включен!», но следует проверить, правда ли это. Попросите пользователя вынуть вилку из розетки и вставить заново, ссылаясь на необходимость «проверить полярность». Постарайтесь не хихикать. Просто невероятно, как часто пользователи отвечают: «О, сработало!»

Если дело не в вилке, то, возможно, в источнике бесперебойного питания — тоже уязвимом аппаратном компоненте системе. Источники бесперебойного питания стоят недорого, но замена аккумуляторов в них — утомительная и трудоемкая задача.

Проверка оборудования и BIOS

Если пользователь видит сообщение об ошибке в процессе POST или если компьютер просто зависает, прежде чем запускается операционная система, значит, проблема в оборудовании или в BIOS. Система выводит на экран сообщения об ошибках оборудования и BIOS и подает характерные звуковые сигналы. Некоторые ошибки BIOS выводятся в виде чисел и некогда все производители BIOS использовали одни и те же числа (те, что придумали в IBM), но теперь все изменилось. Теперь, чтобы интерпретировать номер ошибки, администратору требуется документация, пришедшая вместе с компьютером. Также можно поискать ее на Web-сайте производителя BIOS. Однако, скорее всего, на экране появится текст, а не числа, например Hard drive controller failure («Ошибка контроллера жесткого диска») или забавное сообщение Keyboard error, press F1 to continue («Ошибка клавиатуры, нажмите F1 для продолжения»).

Возможно, появится сообщение об ошибке, относящейся к проблемам с памятью. Когда-то память имела дополнительный компонент, называвшийся «чип четности», и частью теста BIOS была проверка на четность. Компоненты памяти больше не содержат чип четности, поскольку теперь в этом нет необходимости: производители памяти так продвинулись по пути совершенствования своих продуктов, что ошибки памяти стали крайне редки. Тем не менее после добавления в компьютер памяти при последующей загрузке может появиться сообщение об ошибке памяти. Сообщение содержит примерно такой текст: Mismatched memory information («Несоответствие параметров памяти»). В действительности это сообщение является подтверждением того, что система видит установленную память, но обнаружила, что она не соответствует общему количеству, записанному в CMOS.

Чтобы решить эту проблему, можно попробовать перезагрузить компьютер и войти в режим настройки BIOS. По своему опыту знаю, что стоит только нажать клавиши, необходимые для вызова окна BIOS, как сразу же автоматически выполняется корректный подсчет памяти, и все, что остается сделать, это выйти из программы настройки BIOS. Вход в программу настройки BIOS вызывает проверку счетчика памяти и его регулировку относительно имеющейся физической памяти.

Если после добавления в компьютер памяти система выдала сообщение об ошибке, в котором не говорится о разночтении в подсчете объема памяти, значит, проблема оказалась серьезнее. Система не распознает новую память. Эта ситуация почти всегда вызвана неаккуратными действиями при установке памяти, такими как использование неверного слота. В то же время мне доводилось видеть, как проблема вызывалась установкой памяти неверного типа (например, установкой плат памяти DRAM в старый компьютер с Enhanced Data Output, EDO), когда материнская плата не была предназначена для установки памяти смешанного типа, SIMM и DIMM, или когда материнская плата не воспринимала смешивание плат памяти с разными скоростями. Некоторые материнские платы при добавлении памяти нуждаются в изменении положения двухпозиционных переключателей и перемычек, хотя такие требования становятся все менее распространенными. Чтобы избежать подобных проблем, всегда перед добавлением памяти проверяйте документацию материнской платы.

Если во время POST обнаруживается ошибка жесткого диска, значит, работа предстоит немалая. Вообще-то я обнаружила, что в половине случаев проблема оказывается в контроллере, а не в самом диске, и замена контроллера позволяет диску нормально выполнять загрузку с сохранением всех данных неповрежденными (все гениальное просто!). Если контроллер жесткого диска первоначальной комплектации выходит из строя, не нужно сразу бежать за новой материнской платой. Достаточно купить новый контроллер. Вместо поиска встроенной микросхемы прочитайте в документации к материнской плате, что необходимо сделать, чтобы BIOS видел новую плату.

Если проблема действительно в диске, задача не ограничивается только заменой контроллера. Помимо замены диска придется переустановить операционную систему и приложения, а также выполнить восстановление данных из резервной копии, которая, конечно, датирована вчерашним днем, не правда ли?

Управление передается записи Master Boot Record

Далее компьютер начинает загрузку операционной системы. Во время установки программа загрузки Windows помещает данные на первый сектор главного раздела компьютера (загрузочный сектор). Эти данные — не что иное, как Master Boot Record, MBR (главная загрузочная запись), которая содержит исполняемые команды. Программа установки также копирует два файла, инициирующие начальный этап загрузки Windows, — Ntldr и Ntdetect — в корневой каталог загрузочного диска. Кроме того, Windows Setup копирует boot.ini, файл, содержащий параметры загрузки, в корневой каталог загрузочного диска.

Кроме исполняемых команд, MBR содержит таблицу, определяющую расположение главных разделов диска. При установке Windows необязательно делать так, чтобы системный раздел и загрузочный раздел совпадали, хотя это распространенный подход. Загрузочные файлы Windows расположены в системном разделе, а файлы операционной системы — в загрузочном (логика именования отстала от жизни).

Системный раздел содержит файлы привязки к аппаратным компонентам, которые необходимы для загрузки Windows, включая MBR. Этот раздел должен быть главным разделом и отмечается как активный. Это всегда диск 0, поскольку именно к этому диску обращается BIOS, чтобы передать процесс загрузки файлу MBR. Загрузочный раздел содержит файлы операционной системы (папка \%systemroot%) и файлы поддержки операционной системы (\%systemroot%System).

На последнем шаге аппаратной части начальной загрузки компьютер считывает файл MBR в память и передает управление компьютером коду в MBR. Исполняемый код просматривает таблицу главного раздела и ищет отметку, указывающую на загружаемый раздел. Когда MBR находит первый загружаемый раздел, он считывает первый сектор раздела, который является загрузочным сектором.

Запуск Ntldr

Код загрузочного сектора считывает Ntldr в память, чтобы запустить процесс начальной загрузки операционной системы. В Ntldr хранится доступный только для чтения код NTFS и FAT. Он начинает работать в реальном режиме, и первая выполняемая им задача заключается в переключении системы в некоторую форму защищенного режима. Более подробно об этих режимах рассказано во врезке «Реальный режим против защищенного». Этот первоначальный вариант защищенного режима не может в полной мере выполнять аппаратно-зависимых преобразований, которые обеспечивают защиту оборудования, — данная функция становится доступной, когда операционная система загрузится полностью.

Теперь вся физическая память доступна операционной системе, и компьютер работает как 32-разрядная машина. Ntldr делает возможной постраничную загрузку и создает таблицы страниц. Затем Ntldr считывает boot.ini из корневого каталога и, если на машине многовариантная загрузка или если выполнена настройка boot.ini на отображение меню, на экране появляется меню выбора вариантов загрузки. Если Ntldr отсутствует или поврежден, система выдаст сообщение об ошибке Ntldr is missing. Press Ctrl-Alt-Del to restart.

Не стоит зря тратить время, выполняя предложенное действие: после очередного цикла система вернется к тому же сообщению. Необходимо заменить Ntldr. Если создан загрузочный флоппи-диск, можно использовать его для копирования Ntldr в корневой каталог основного загрузочного диска (обычно C). Если Ntldr отсутствует, следует просто скопировать его. Если файл имеется на жестком диске, возможно, он поврежден. Для того чтобы заменить его, сначала нужно изменить его атрибут «только для чтения». Если загрузочного флоппи-диска под рукой нет, придется запустить программу Setup с компакт-диска Windows и выбрать Repair.

Запуск Ntdetect

Ntldr запускает Ntdetect, который запрашивает BIOS системы о данных конфигурации устройств. Система отправляет информацию, которую Ntdetect собирает в реестр и помещает в подразделы HKEY_LOCAL_MACHINEHARDWARE
DESCRIPTION.

Если возникнет какая-нибудь проблема с Ntdetect (утрата или повреждение), возможно, система не выдаст никакого сообщения об ошибке. Обычно в таком случае процесс загрузки просто останавливается. Единственным действенным средством при утрате или повреждении файла Ntdetect является его замена. Необходимо воспользоваться для загрузки загрузочным флоппи-диском, затем скопировать Ntdetect с этого флоппи-диска в корневой каталог жесткого диска. Или же запустите Setup с компакт-диска Windows и выберите Repair.

Запуск Ntoskrnl и загрузка HAL

После того как Ntdetect закончит выполнение подпрограмм проверки оборудования, он передает процесс загрузки обратно файлу Ntldr, который запускает ntoskrnl.exe и загружает .dll-файл Hardware Abstraction Layer (HAL). (Оба файла расположены в папке \%systemroot%system32.) Ntoskrnl — это главный файл ядра Windows и исполнительных подсистем. Он содержит Executive, Kernel, Cache Manager, Memory Manager, Scheduler, Security Reference Monitor и другие. Именно Ntoskrnl приводит в действие Windows. Для работы Ntoskrnl необходим файл hal.dll, который содержит код, позволяющий оборудованию взаимодействовать с операционной системой.

На экране может появиться сообщение об ошибке, говорящее о наличии проблемы с Ntoskrnl, но почти всегда это сообщение фиктивно и появляется потому, что ссылка на папку в boot.ini не совпадает с именем папки, в которую были установлены системные файлы Windows.

Как правило, это означает, что кто-то переименовал папку \%systemroot% или создал новую папку и переместил в нее файлы Windows. В таком случае нужно переместить файлы обратно в то место, которое указано в boot.ini. Если boot.ini. был кем-то отредактирован, следует исправить эту ошибку.

Загрузка драйверов и служб

Теперь Ntldr загружает низкоуровневые системные службы и драйверы устройств, но службы не инициализируются — это происходит позже. На этом фаза начальной загрузки завершается и начинается процесс основной загрузки (load sequence или kernel phase).

При загрузке системных служб и драйверов устройств Ntldr следует определенному порядку. В процессе установки Windows драйверы и системные службы копируются на компьютер, а информация о них записывается в реестр. Данные в реестре представляют собой шестнадцатеричную запись, оканчивающуюся числом в круглых скобках. Это число и определяет порядок, в котором Ntldr загружает драйверы и системные службы. Для примера следует открыть реестр и перейти в раздел HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEM
CurrentControlSetServices. На экране появится длинный список служб и драйверов устройств. Выберите любой подраздел и взгляните на данные типа REG_DWORD под именем Start.

• (0) означает, что служба загружается во время фазы основной загрузки.
• (1) означает, что служба загружается во время фазы инициализации (следующая фаза).
• (2) означает, что служба загружается во время фазы загрузки, предназначенной для служб.
• (3) означает, что служба включена, но не инициализируется (запуск службы осуществляется вручную через оснастку Services консоли Microsoft Management Console (MMC)).
• (4) означает, что служба отключена.

Загрузка операционной системы

Ntoskrnl начинает загрузку операционной системы. Инициализируется ядро Windows и загружаются и инициализируются подсистемы. Эти действия формируют базовые элементы, необходимые для завершения загрузки операционной системы. Загрузочные драйверы, которые модуль Ntldr загрузил ранее, теперь инициализируются, вслед за чем инициализируются оставшиеся драйверы и службы. Когда инициализируются драйверы первого уровня, может возникнуть проблема в виде ошибки STOP или Blue Screen of Death. Это почти всегда бывает в процессе первой загрузки после обновления какого-либо драйвера. Во время инициализации драйвера файлом Ntoskrnl операционная система отторгает его.

Для решения проблемы необходимо перезагрузить компьютер, нажать F8 для отображения меню дополнительных возможностей (Advanced Options) и выбрать вариант загрузки последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration), соответствующей предыдущей версии драйвера.

Теперь ядро Windows и исполняющие модули работоспособны. Программа Session Manager Subsystem (smss.exe) настраивает пользовательскую среду. Система выполняет сверку с реестром, для того чтобы иметь возможность начать загрузку оставшихся драйверов и программного обеспечения, которые необходимо добавить. Ядро операционной системы также загружает файлы kernel32.dll, gdi32.dll и user32.dll, которые обеспечивают программное обеспечение пользователя доступом к Win32 API.

Регистрация компьютера в домене

В то время когда загрузка ядра и инициализация драйверов еще не закончилась, компьютер регистрируется в домене. Используя учетную запись компьютера (уникальное имя с собственным паролем), компьютер открывает защищенный канал к контроллеру домена (DC). Все это происходит до того, как на экране появляется диалоговое окно для регистрации пользователя в системе.

Учетные записи компьютера используются между клиентскими компьютерами (включая автономные серверы) и контроллерами доменов. В пределах одного домена один и тот же процесс происходит с участием нескольких DC. Поэтому важен порядок, в котором включаются компьютеры после штатного отключения. Защищенный канал используется компьютерами для обмена информацией, необходимой для аутентификации и авторизации. Учетные записи компьютера повышают безопасность сети, гарантируя, что пытающийся отправить важную информацию компьютер действительно является членом домена.

В качестве дополнительной меры безопасности компьютеры (как и пользователи в сети с усиленной настройкой системы безопасности) должны периодически менять пароли. По умолчанию интервал смены пароля составляет 30 дней. Когда настает время менять пароль, компьютер генерирует новый пароль и отправляет его по защищенному каналу (доступ к которому он получил, используя предыдущий пароль) на ближайший DC. В дальнейшем для доступа к защищенному каналу компьютер должен использовать новый пароль.

DC немедленно обновляет свою базу данных и реплицирует изменение пароля компьютера на другие DC домена. Пароли учетных записей компьютера содержат отметку о событии первостепенной важности (Announce Immediately), поэтому они не дожидаются следующей репликации DC по расписанию. Иногда эти события могут вызывать заметное снижение производительности. Если у многих или у всех компьютеров домена срок действия паролей заканчивается в один и тот же день, работа, которую должны будут выполнить контроллеры домена, сразу же затормозит другие важные задачи DC, такие как аутентификация пользователей или выполнение запланированных репликаций. Ситуация может осложниться еще и в том случае, если DC предоставляет другие услуги, такие как, например, услуги сервера DNS. Можно изменить способ обслуживания паролей компьютера для домена, для организационной единицы (OU) и для индивидуального компьютера, хотя стремление повысить производительность путем настройки компьютеров по одному неэффективно. В следующей статье я планирую рассказать о методах изменения процедуры регистрации компьютера в домене.

Загрузка служб регистрации пользователя

Подсистема Win32 запускает winlogon.exe, которая выводит на экран диалоговое окно регистрации пользователя и загружает процесс Local Security Authority (lsass.exe). Начинается процесс регистрации, и пользователь должен ввести имя и пароль в диалоговом окне Windows Log On To. Если пользователь указывает правильные имя и пароль, система завершает процесс регистрации, и пользователь может начинать работать. В этот момент загрузка Windows окончена, а текущие параметры загрузки сохраняются в так называемой последней успешной конфигурации (Last Known Good Configuration). Нужно иметь в виду, что успешная регистрация пользователя необходима для сохранения Last Known Good Configuration.

Действительно, сбои во время загрузки мешают всем — и пользователям, и администраторам. Однако, если досконально разобраться в процессе загрузки, проблемы становятся менее устрашающими и администраторам удается без труда решить их.

Реальный режим против защищенного

Тем, кто работает с компьютерами со времен DOS, будет легко понять разницу между реальным и защищенным режимом. Но для тех, чье знакомство с компьютером состоялось после распространения Windows, она может быть не столь очевидной.

Если компьютер работает в реальном режиме, программы взаимодействуют непосредственно с его портами и устройствами. Например, когда происходит печать документа, программа отправляет поток данных прямо на порт принтера. Однако эта парадигма не подходит для многозадачной операционной системы. Представьте, что произойдет, если несколько программ станут одновременно отправлять потоки данных на порты компьютера. Порты недостаточно интеллектуальны и не имеют никакой возможности фильтровать или упорядочивать потоки данных в соответствии с отправляющими программами.

Если компьютер работает в защищенном режиме, порты и устройства системы защищены от приложений, которые их используют. Программа полагает, что отправляет данные на порт, но это виртуальный порт. Операционная система перехватывает поток данных и управляет им так, чтобы все приложения имели равный доступ к устройствам и чтобы данные каждого приложения не смешивались с данными других приложений.

Кэти Ивенс (kivens@win2000mag.com) — редактор Windows & .NET Magazine. Является соавтором более 40 книг по компьютерной тематике, включая «Windows 2000: The Complete Reference»