Коли ви вмикаєте комп’ютер, він проходить процес «завантаження» – термін, який походить від слова «bootstrap». Ось що відбувається у фоновому режимі — незалежно від того, чи використовуєте ви ПК з Windows, Mac чи Linux.
Устаткування вмикається
Коли ви натискаєте кнопку живлення, комп’ютер подає живлення на свої компоненти — материнську плату, центральний процесор, жорсткі диски, твердотільні накопичувачі, графічні процесори та все інше в комп’ютері.
Частина апаратного забезпечення, яка забезпечує живлення, відома як «блок живлення». Усередині звичайного настільного ПК він виглядає як коробка в кутку корпусу (жовта річ на малюнку вище), і саме туди ви під’єднуєте шнур живлення змінного струму.
ЦП завантажує UEFI або BIOS
Тепер, коли у нього є електрика, процесор ініціалізується і шукає невелику програму, яка зазвичай зберігається в чіпі на материнській платі.
У минулому ПК завантажував щось, що називається BIOS (базова система введення/виводу). На сучасних комп’ютерах центральний процесор замість цього завантажує мікропрограму UEFI (Уніфікований розширюваний інтерфейс мікропрограми). Це сучасна заміна BIOS старого зразка. Але, щоб зробити це ще більш заплутаним, деякі виробники ПК все одно називають своє програмне забезпечення UEFI «BIOS».
UEFI або BIOS тестує та ініціалізує обладнання
Прошивка BIOS або UEFI завантажує налаштування конфігурації зі спеціального місця на материнській платі — традиційно, це було в пам’яті, підкріпленої батареєю CMOS. Якщо ви змінюєте деякі низькорівневі налаштування на екрані налаштувань BIOS або UEFI, саме тут зберігаються ваші користувацькі налаштування.
ЦП запускає UEFI або BIOS, який перевіряє та ініціалізує апаратне забезпечення вашої системи, включаючи сам ЦП. Наприклад, якщо на вашому комп’ютері немає оперативної пам’яті, він подасть звуковий сигнал і покаже помилку, зупиняючи процес завантаження. Це відомий як процес POST (Power On Self Test).
Під час цього процесу на екрані може з’явитися логотип виробника ПК, і ви часто можете натиснути кнопку, щоб отримати доступ до екрана налаштувань BIOS або UEFI звідси. Однак багато сучасних комп’ютерів проходять цей процес настільки швидко, що не турбують відображення логотипу та вимагають доступу до екрана налаштувань UEFI з меню параметрів завантаження Windows.
UEFI може зробити набагато більше, ніж просто ініціалізувати обладнання; це насправді крихітна операційна система. Наприклад, процесори Intel мають механізм управління Intel. Це надає різноманітні функції, включаючи технологію Intel Active Management, яка дозволяє віддалено керувати бізнес-ПК.
UEFI або BIOS передається на завантажувальний пристрій
Після завершення тестування та ініціалізації вашого обладнання UEFI або BIOS передадуть відповідальність за завантаження вашого ПК завантажувачу операційної системи.
UEFI або BIOS шукає «завантажувальний пристрій» для завантаження операційної системи. Зазвичай це жорсткий диск або твердотільний накопичувач вашого комп’ютера, але також може бути компакт-диск, DVD, USB-накопичувач або мережеве розташування. Завантажувальний пристрій можна налаштувати на екрані налаштування UEFI або BIOS. Якщо у вас є кілька пристроїв завантаження, UEFI або BIOS намагаються передати їм процес запуску в тому порядку, в якому вони вказані. Так, наприклад, якщо у вашому оптичному приводі є завантажувальний DVD, система може спробувати почати з нього, перш ніж спробувати запустити з жорсткого диска.
Традиційно BIOS розглядав MBR (основний завантажувальний запис), спеціальний завантажувальний сектор на початку диска. MBR містить код, який завантажує решту операційної системи, відомий як «завантажувач». BIOS запускає завантажувач, який бере його звідти і починає завантажувати реальну операційну систему — наприклад, Windows або Linux.
Комп’ютери з UEFI все ще можуть використовувати цей старий спосіб завантаження MBR для завантаження операційної системи, але зазвичай замість цього використовують щось, що називається виконуваним файлом EFI. Їх не потрібно зберігати на початку диска. Натомість вони зберігаються в системному розділі EFI.
У будь-якому випадку принцип однаковий — BIOS або UEFI перевіряє запам’ятовуючий пристрій у вашій системі, щоб знайти невелику програму або в MBR, або в системному розділі EFI, і запускає її. Якщо немає завантажувального пристрою, процес завантаження завершиться невдало, і на дисплеї з’явиться повідомлення про помилку.
На сучасних комп’ютерах прошивка UEFI зазвичай налаштована на «безпечне завантаження». Це гарантує, що операційна система, яку вона запускає, не була порушена та не завантажуватиме зловмисне програмне забезпечення низького рівня. Якщо безпечне завантаження ввімкнено, UEFI перевіряє, чи правильно підписано завантажувач перед його запуском.
Завантажувач завантажує повну ОС
Завантажувач – це невелика програма, яка має велике завдання завантажити решту операційної системи. Windows використовує завантажувач під назвою Windows Boot Manager (Bootmgr.exe), більшість систем Linux використовує GRUB, а Mac використовує щось під назвою boot.efi.
Якщо виникла проблема із завантажувачем, наприклад, якщо його файли пошкоджено на диску, ви побачите повідомлення про помилку завантажувача, і процес завантаження зупиниться.
Завантажувач – це лише одна невелика програма, і вона не обробляє процес завантаження самостійно. У Windows Диспетчер завантаження Windows знаходить і запускає завантажувач ОС Windows. Завантажувач ОС завантажує необхідні драйвери обладнання, які необхідні для запуску ядра — основної частини операційної системи Windows — а потім запускає ядро. Потім ядро завантажує системний реєстр у пам’ять, а також завантажує будь-які додаткові драйвери обладнання, позначені «BOOT_START», що означає, що їх слід завантажувати під час завантаження. Потім ядро Windows запускає процес менеджера сеансів (Smss.exe), який запускає системний сеанс і завантажує додаткові драйвери. Цей процес продовжується, і Windows завантажує фонові служби, а також екран привітання, на якому можна ввійти.
У Linux завантажувач GRUB завантажує ядро Linux. Ядро також запускає систему ініціалізації — це systemd у більшості сучасних дистрибутивів Linux. Система ініціалізації обробляє служби запуску та інші користувацькі процеси, які ведуть аж до запиту на вхід.
Цей задіяний процес – це лише спосіб зробити все правильно завантаженим, виконуючи речі в правильному порядку.
До речі, так звані «програми запуску» насправді завантажуються, коли ви входите в обліковий запис користувача, а не під час завантаження системи. Але деякі фонові служби (у Windows) або демони (в Linux і macOS) запускаються у фоновому режимі, коли ваша система завантажується.
Процес вимкнення також досить складний. Ось що саме відбувається, коли ви вимикаєте або виходите з ПК з Windows.
Авторство зображення: Суван Венлор/Shutterstock.com, DR-зображення/Shutterstock.com,