与操作系统启动相关的几个概念

不管是 Windows 还是 Linux 操作系统，操作系统启动之前都需要对搭载系统的硬件进行检测，然后硬盘引导启动操作系统，以下是与操作系统启动相关的几个概念。

关于启动方式

BIOS

BIOS（Basic Input Output System），直译成中文名称就是"基本输入输出系统"。它是一组固化到主板中一个ROM芯片上的程序，它可以从CMOS中读写系统设置的具体信息。此程序保存着计算机最重要的基本输入输出程序、开机后的自检程序和系统自启动程序。

简单来说，BIOS是一个控制电脑中所有输入输出的程序，它可以对主板上的键盘、鼠标、外部接口、频率、电源、磁盘驱动器等方面进行参数控制和调整。

CMOS

CMOS是一种集成电路（IC）技术，被广泛用于存储BIOS设置和其他计算机配置信息的非易失性存储器。CMOS存储器通常位于主板上的特定芯片中，可持久保存BIOS设置即使在断电情况下。

BIOS与CMOS的区别

可变性：BIOS是可固化（固件）的，一旦被写入芯片中，通常无法直接更改。CMOS存储器是可擦写的，允许用户在操作系统启动时通过BIOS设置界面更改配置参数。
电源需求：由于BIOS是固化在芯片中的，它不需要持续的电源供应来保持数据完整性。CMOS存储器是非易失性的，需要小型的纽扣电池或外部电源来保持存储数据的稳定性。（这里是不是很熟悉，知道为什么电脑主板上有纽扣电池了吧🤧 ）

UEFI

UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）则是取代传统BIOS的，UEFI运行于32或64位模式，它突破了传统16位代码的寻址能力，达到处理器的最大寻址，克服了BIOS代码运行缓慢的弊端。相比传统BIOS来说，UEFI更易实现，容错和纠错特性也更强，UEFI支持2TB以上硬盘。

传统BIOS主要支持MBR引导，而UEFI一般是GPT引导，所以这里又要说下MBR和GPT

关于引导分区表

MBR

MBR是传统的分区表类型，当一台电脑启动时，它会先启动主板上的BIOS系统，BIOS再从硬盘上读取MBR主引导记录，硬盘上的MBR运行后，就会启动操作系统，但最大的缺点则是不支持容量大于2T的硬盘。

GPT

GPT是一种更先进的磁盘系统分区方式，它的出现弥补了MBR这个缺点，最大支持18EB的硬盘，是基于UEFI使用的磁盘分区架构。

目前所有Windows系统均支持MBR，而GPT只有64位系统才能支持。BIOS只支持MBR引导系统，而GPT仅可用UEFI引导系统。正因为这样，现在主板大多采用BIOS集成UEFI，或UEFI集成BIOS，以此达到同时兼容MBR和GPT引导系统的目的。

启动引导和分区表的搭配

BIOS使用MBR分区表

这是最传统的组合，系统都会支持，唯一的缺点就是不支持容量大于2T的硬盘。

BIOS + Windows：

Bios 读取 MBR 前446字节的引导程序到内存并执行，MBR里面也有分区表，引导程序根据这个分区表找到引导分区，再加载引导分区的第一个扇区（PBR）的二级引导程序，二级引导加载下一步的bootmgr （bootloader）。

BIOS + Linux

Bios 读取 MBR 前446字节（GRUB的boot.img）的引导程序到内存并执行，MBR里面也有分区表，引导程序读取分区表，并加载core.img，MBR和第一个分区中间的空隙放的是GRUB的core.img，从/boot/grub中读取配置和其他功能代码从而加载系统。

特别说明：BIOS也是可以使用GPT分区表的硬盘来作为数据盘的，但不能引导系统；若电脑同时带有容量小于2T的硬盘和容量大于2T的硬盘，小于2T的可以用MBR分区表安装系统，而大于2T的可以使用GPT分区表来存放资料。但系统须使用64位系统。

UEFI使用gpt分区表

如果要把大于2T的硬盘作为系统盘来安装系统的话，就必须UEFI+GPT，而且系统须使用64位系统，否则无法引导。

UEFI + Windows

Uefi自身可以识别fat32文件系统，uefi启动时会自动扫描启动设备，只要是带、fat32分区的都可以是启动设备，这些启动设备会显示在uefi的启动项里面，比如插上了一个带fat32分区的U盘，就会被uefi识别到，下一步就是去第一个启动设备的fat32分区的/boot/efi/目录下找osloader，也就是bootloader，64位系统叫做bootx64.efi，32位系统叫做boot.efi。一般这个efi是根据EDK2工程编译出来的，它的作用就是加载操作系统内核。

UEFI + Linux

特别说明：UEFI也是可以搭配MBR分区表来使用的，但是需要把UEFI设置成Legacy模式（传统模式）让其支持传统MBR启动，效果同BIOS+MBR；

关于GRUB引导

GRUB（GRand unified bootloader），多操作系统启动程序。它允许用户可以在计算机内同时拥有多个操作系统，并在计算机启动时选择希望运行的操作系统。

GRUB可用于选择操作系统分区上的不同内核，也可用于向这些内核传递启动参数。它是一个多重操作系统启动管理器，用来引导不同系统，如Windows、Linux。Linux的GRUB加载引导简化流程如图：

Linux系统的开机引导过程：

1）开机自检：检测硬件设备，找到能够引导系统的设备，比如硬盘
2）MBR引导：运行MBR扇区里的主引导程序GRUB
3）启动GRUB菜单：系统读取GRUB配置文件(/boot/grub2/grub.cfg)获取内核的设置和位置，并在屏幕显示GRUB菜单页面
4）加载Linux内核：把内核加载到内存，将系统控制权交接给内核
5）init进程初始化：内核将init进程加载到内存中运行，并把init进程作为系统的第一个进程
6）系统初始化：启动内核模块，执行运行级别的启动脚本，执行/etc/rc.d/rc.local文件里的命令等

对于Linux启动引导感兴趣的同学可以查阅：Linux 引导过程与服务控制

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流浪的加菲

deepin

2024-07-23 10:39

很多人喜欢折腾GRUB，系统启动引导相关的的皮毛知识还是要了解下的，然后再决定要不要去深入学习和折腾。

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