Разбираемся, как работают операционные системы

Компьютер включается, но не загружается: что делать в первую очередь?

Итак, начнем с самого простого. Предположим, что в системе произошел кратковременный технический сбой, например при некорректном завершении работы или перепадах напряжения.

Как правило, практически все сегодня используемые модификации Windows обычно при рестарте автоматически активируют запуск восстановления системы. Если этого не произошло, перед стартом системы придется использовать клавишу F8 для вызова дополнительного загрузочного меню (в Windows 10 используется другой метод).

Компьютер включается, но не запускается операционная система? Расстраиваться не стоит. Здесь в самом простом варианте можно выбрать строку загрузки последней работоспособной конфигурации. Если с системными компонентами все в порядке, система загрузится без проблем.

Что происходит при включении компьютера? — настройка bios

Начальный этап загрузки операционной системы. менеджер загрузки ос

Первоначально в Linux загрузчиком являлся LILO (Linux Loader). В силу имевшихся в нем недостатков, главным из которых была неспособность понимать используемые в Linux файловые системы, позднее начал использоваться загрузчик GRUB (GRand Unified Bootloader) в котором недостатки LILO были исправлены.

Если речь идет о версиях Windows до Vista, например, Windows XP, то будет загружен Ntldr. Он, в свою очередь, считывает информацию из текстового файла Boot.ini, в котором записана информация об установленных операционных системах.

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.

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!

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.

Включение компьютера, post, bootmonitor

Начальный этап загрузки операционной системы после включения компьютера начинается в BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода). В настройках BIOS мы указываем загрузочное устройство, или ряд загрузочных устройств в порядке их приоритета. Возможны различные варианты загрузки и их комбинации: с жесткого диска, CD/DVD – диска, USB-flash и другие.

Сразу после прохождения POST (Power-On Self-Test — самотестирование после включения) BIOS компьютера начнет поочередно перебирать указанные загрузочные устройства до тех пор, пока на одном из них не найдет подходящую специальную запись, в которой содержится информация о дальнейших действиях.

Возможное вирусное заражение

К сожалению, и вирусы могут вызывать появление таких ситуаций. Что делать, если компьютер не включается? Способы решения именно этой проблемы сводятся к тому, чтобы использовать мощный антивирусный сканер, который мог бы произвести проверку на предмет наличия угроз еще до старта самой ОС.

Среди всего многообразия антивирусного ПО отдельно стоит отметить дисковые утилиты, которые стартуют непосредственно с оптического носителя или USB-устройства, имеют собственные загрузочные записи и даже графический интерфейс наподобие Windows. Одним из самых мощных средств можно назвать Kaspersky Rescue Disk. Его использование может гарантировать почти стопроцентное обнаружение вирусов, даже скрывающихся в оперативной памяти.

Загрузка ядра операционной системы

Завершающим этапом загрузки операционной системы является загрузка ядра ОС и передача ему управления.

Несколько лет назад в моей практике был такой забавный случай.

Меня попросили помочь одному человеку купить и привести в порядок компьютер для дома. Товарищ этот на тот момент времени только-только вышел на пенсию, а до этого работал в должности начальника и компьютер видел, по большей части, издалека, на столе у своей секретарши.

После выхода на пенсию у него появилось время и желание компьютер освоить. Ну что, по-моему, замечательно. Компьютер мы ему подобрали недорогой, но добротный и с хорошим, по тем временам, монитором. Я поставил и настроил кое-какие программы, показал как ими пользоваться. Господин обзавелся книжкой из серии «Что-то там для чайников» и мы расстались абсолютно довольные друг другом.

Примерно через неделю мой подопечный позвонил мне по телефону и чуть не плача сообщил, что все пропало и компьютер больше не работает. Благо, запираться он не стал и честно рассказал, как было дело. А дело было так. Товарищ полез исследовать содержимое своего компьютера и нашел в корне диска С: несколько подозрительных и «ненужных», на его взгляд, файлов.

К слову сказать, для того, чтобы получить проблемы с загрузкой Windows XP, можно было и ничего не стирать, а слегка «подправить», например, boot.ini.

Загрузчик 1-го уровня. master boot record

Master Boot Record — главная загрузочная запись, расположена в первых физических секторах загрузочных устройств хранения. Она содержит таблицу разделов (Partition Table) и исполняемый код.

Главной задачей программы, записанной в MBR, является поиск активного системного раздела диска и передача управления его загрузочному сектору. Таким образом, эту стадию можно назвать подготовительной, в силу того, что непосредственно загрузки самой ОС еще не происходит.

Системным принято называть раздел диска (устройства хранения) на котором расположены файлы операционной системы, отвечающие за процесс загрузки ОС (сама операционная система может размещаться в другом разделе). В принципе, системных разделов может быть несколько, поэтому один из них отмечается как активный. Именно его ищет программа, загруженная с MBR.

Загрузчик 2-го уровня. partition boot sector

Следующим этапом загрузки компьютера является передача управления исполняемому коду, записанному в PBS (Partition Boot Sector — загрузочный сектор активного раздела). PBS расположен в первом секторе (секторах) соответствующего раздела диска. В коде PBS прописано имя файла загрузчика операционной системы, которому и передается управление на этом этапе.

Использование установочного диска

Многие пользователи явно недооценивают ту помощь, которую может оказать установочный или загрузочный диск с образом системы в решении проблем, связанных с ситуациями, когда компьютер включается, но не загружается операционная система.

Во-первых, практически в любой комплект входит так называемая консоль восстановления, с помощью которой можно устранить множество сбоев программного характера, а во-вторых, тут можно использовать командную строку. Это, кстати, наиболее действенный метод. Далее будет понятно, как это работает.

Как поставить загрузку с флешки

Карта звездного неба

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.

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).

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.

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».

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.

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 GMLВекторное изображение графа

Внимание! Бонус!Граф загрузки для чистой ОС Windows 8 Enterprise x64 на живой машине ;)Граф в формате GMLВекторное изображение графа

Компьютер включается, но не запускается операционная система: причины

Среди всех возможных ситуаций, когда возникают сбои на стадии загрузки, можно выделить несколько типичных случаев.

Тут есть три варианта:

• появляется черный экран;
• возникает синий экран BSoD;
• операционная система стартует, но не может полностью загрузиться.

В первом случае, когда не запускается компьютер (не включается загрузка), на черном экране могут возникать сообщения, свидетельствующие о физических или программных неполадках. В самом простом случае, когда ничего серьезного не происходит, система может сообщать, что, например, отсутствует клавиатура (для стационарных ПК). Простейшим решением станет ее подключение и перезагрузка.

Если же компьютер включается, но не запускается загрузка, и вместо этого на черном экране появляются предупреждения о программных сбоях или отсутствующих файлах, причин такого поведения системы может быть достаточно много. Среди них в первую очередь можно выделить проблемы с винчестером, повреждение операционной системы (случайное или намеренное удаление системных компонентов или записей реестра), воздействие вирусов, неправильные записи загрузочного сектора, конфликты оперативной памяти и т.д.

Что делать, если не загружается компьютер, и операционная система не стартует по вышеуказанным причинам? В зависимости от ситуации есть несколько решений. Непосвященному пользователю они могут показаться достаточно сложными, однако в определенных ситуациях для реанимации системы можно применить только их. Поэтому придется потратить и время, и силы.

Конфликты оперативной памяти

Теперь посмотрим, что делать, если не загружается компьютер, и вместо этого появляется синий экран. Как уже говорилось, чаще всего это свидетельствует о проблемах с драйверами и оперативной памятью. Драйверы пока не трогаем, а посмотрим именно на «оперативку».

Предлагаемое решение в вопросе того, если не загружается компьютер, в основном рассчитано на стационарные ПК. В этой ситуации следует удалить все планки памяти, а затем вставлять их поочередно и проверять загрузку. Возможно, какая-то из них и является тем звеном, которое вызывает сбои. Это может наблюдаться, когда добавляются планки разных производителей.

Если же систему удастся хоть как-нибудь загрузить, используя тот же безопасный режим, «оперативку» сразу же следует проверить утилитой Memtest86 , которая и поможет выявить истинную причину неполадок.

Наши новогодние скидки

Вообще я рекомендую продублировать все записи после [operating systems] и работать с ними, а не с первоначальными. А уж когда добьетесь результата – первоначальные можно удалить, а отредактированные оставить.

Отредактировав список его надо сохранить там, где он и был, а именно “Файл -> Сохранить как -> boot.ini” -> диск C: и нажать на кнопку “Сохранить”. На предложение заменить – соглашаемся.

Для “Windows Vista/7/8” картина правки загрузочного списка выглядит примерно следующим образом. В общем и целом, для базовой правки можно воспользоваться программой MultiBoot, но она скорее предназначена для восстановление загрузчиков, нежели для полноценного редактирования (хотя её можно использовать и так при некоторой сноровке).

Подробней о MultiBoot можно почитать в моей статье “Как вернуть загрузку Windows 7/Vista после установки XP [восстановление загрузчика, MultiBoot]”, а мы прибегнем пока к работе со списком загрузки при помощи средств системы:

• Для начала создайте в корне любого диска папку с именем BCDREZ.
• Затем нажмите “Win R” на клавиатуре, либо пройдите по пути “Пуск-Выполнить”.
• В появившемся окне введите cmd и нажмите “ОК”.
• Откроется консоль. В ней вводим команду “dcedit C:BCDREZbcd”, где С: – диск, где Вы создали папку BCDREZ
• Далее вводим команду “bcdedit” на что нам должно выдать большой такой список:

  

• С которым мы и будем работать. Тут есть две колонки Здесь нас интересует следующее:
• идентификатор – ну собственно, идентификатор, той или иной, записи и есть;

device – раздел диска, где лежат файлы загрузки;

• osdevice – раздел, где лежат файлы операционной системы, указанный в виде буквы;
• path – определяет путь к загрузчику операционной системы, т.е остаток пути после device;
• default – показывает идентификатор операционной системы, что загружается по умолчанию;
• displayorder – показывает порядок, в котором расположены записи о загружаемых системах;
• timeout – время в секундах до выбора загружаемой по умолчанию ОС;
• locale – язык;
• description – название системы в загрузочном меню.

Перейдем к командам с помощью которых мы можем тут что-либо менять.

На напоследок предупреждаю, что все эксперименты стоит проделывать осторожно и лучше запасаться резервными копиями, а то восстановлением загрузчика заниматься не так уж и весело.

Возможно вас заинтересует: Как узнать FPS в игре: от чего он зависит, каким должен быть

Ну что ж, давайте к послесловию.

Поврежденный или отсутствующий файл hal.dll

В случае, когда компьютер включается, но не грузится операционная система в нормальном режиме, причина может состоять в поврежденном компоненте HAL.dll (соответствующее уведомление может быть показано на экране).

В этой ситуации нужно загрузить систему в безопасном режиме, вызвать командную консоль и прописать в ней такую строку:

• C:windowssystem32restorerstrui.exe (далее нажимается клавиша Enter и производится рестарт).

Проблемы с доступом к файлу ntldr

При появлении сообщения, что данный компонент в системе отсутствует, сначала применяется фиксация загрузки, как в прошлом случае.

Однако если результат достигнут не будет, нужно будет скопировать оригинальный файл в корень системного раздела. Например, если это диск «C», а дисковод – «E», команда будет иметь следующий вид:

• E:i386> copy ntldr C: (после копирования система загрузится без проблем).

Редактирование списка загрузки windows

Пару слов о желаемых, на мой взгляд, и местами даже полезных, настройках и способах применения редактирования списка операционных систем, а так же о часто возникающих проблемах где оное может понадобиться.

• Во-первых, как по мне, 30 секунд – для кого-то много, для кого-то мало. Как может быть много? Ну, например, Вы включаете компьютер и идете ставить чайник, а по возвращению видите, что система, если и выбралась, то всё еще грузится. Так вот можно поменять это самое время на, в общем-то, любое значение от 1 до n. Возможно есть предел сего значения, но я не проверял, да и сильно сомневаюсь, что кому-то надо, чтобы система грузилась через 30 минут

Система не видит жесткий диск

Теперь наихудшая ситуация, когда не загружается компьютер. Причины и способы их устранения могут быть связаны с жестким диском.

Винчестер может иметь неполадки и программного, и физического характера, хотя иногда дело даже не в этом. Проблема может быть совершенно банальной: у пользователя в настройках BIOS установлен приоритет загрузки со съемного устройства, например, с оптического диска, который в данный момент находится в дисководе, но системным не является. Его следует просто извлечь и повторить загрузку.

С другой стороны, еще одна проблема того, что не запускается компьютер (не включается старт системы), может быть связана с тем, что поврежден загрузчик и записи соответствующего сектора. О решении этой ситуации будет сказано чуть позже. Но в самом простом случае можно попытаться произвести восстановление дисковых данных при помощи Recovery-утилит.

Иногда помогает и изменение настроек первичной системы ввода/вывода BIOS. Здесь нужно найти раздел, связанный с настройкой винчестера, и в параметрах конфигурации SATA деактивировать использование режима AHCI.

Наконец, винчестер может иметь и чисто физические повреждения, и тут без вмешательства извне не обойтись.

Ссылки[ | ]

• Загрузчик операционной системы в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz)
• Russian x86 MultiBoot FAQ
• Статья «Краткий обзор загрузки Windows, Linux, Mac OS X, QNX»
• Статья «Установка нескольких операционных систем на один IBM-PC совместимый компьютер»
• «Установка нескольких операционных систем с помощью мультизагрузчика SyMon»

Этапы загрузки операционных систем

Давным-давно, когда я был маленьким работал в институтской лаборатории на большом компьютере СМ-3 (что-то вроде знаменитой PDP-11), bootstrapping (загрузка) ЭВМ выглядела так. В фотосчитыватель заправлялась коротенькая бумажная перфолента с пробитой на ней программой начальной загрузки, запускался процесс считывания, а дальше … как повезет.

Дело в том, что бумажная ленточка постепенно изнашивалась, начинала плохо читаться, и ЭВМ могла с первого раза «не завестись». В этом случае процесс нужно было повторять, порой несколько раз, до победного конца. Когда ленточка окончательно выходила из строя и машина никак не хотела «оживать», приходилось временно вводить программу начальной загрузки вручную при помощи расположенных на передней панели переключателей. Тут, главное, было не торопиться и не делать ошибок.

В современных компьютерах процесс загрузки большей частью автоматизирован, однако это не означает, что он не заслуживает того, чтобы с ним познакомиться.

Вместо итога

Вот кратко и все, что касается решения проблемы невозможности старта операционной системы. Естественно, здесь не затрагивались вопросы того, что причиной может быть пониженное питание, отказ батарейки CMOS, неплотное прилегание шлейфов, наличие пыли внутри системного блока или другие неисправности. Но в программном плане вышеизложенные методы работают безотказно.