OSブートの仕組み - rowanの備忘録

概要

OSの起動の仕組みについて調べたのでまとめてみた*1

内容

まず、Windowsから

初期段階　ハードウェアとBIOS
中間段階　HDDにインストールされたプログラムがブートプロセスを進める（PC/AT互換機共通）
最終段階　システム・ソフトウェアを起動(OS固有)

以下、詳細に記述

電源を入れる。
マザーボード上のBIOS（Basic Input/Output System）が起動する。
BIOSによるPOST（Power On Self Test）が実行される。*2
起動ディスクの発見
HDDの先頭にあるMBR(Master Boot Record)を読み込む。
ブートローダーによるMBR内のパーティションテーブルのスキャン
ブートローダーはパーティションテーブルの情報からアクティブな基本パーティションの開始位置に記録されたブートセクターを読み込む。
ブートセクタのIPL（イニシャル・プログラム・ローダー）に移る。

windows NT系の場合

IPLはNTLDR（NT Loader）を読み込む。*3
NTLDRが「NTDETECT.COM」を実行し、ハードウェアの互換性をチェックする。
レジストリの参照・変更
カーネルの「NTOSKRNL.EXE」やドライバ、各種DLLの起動
Windows起動

Linuxの場合
windowsと同じく3段階に分かれる。

ブートローダ段階　電源ONからliloやgrubといったブートローダソフトウェアが起動
カーネル段階　メモリ上に読み込まれたカーネルが起動し，CPUやメモリ，周辺機器の認識や初期化を行う段階
/sbin/init段階　ハードウェアの初期化を終えたカーネルから処理を委ねられた/sbin/initが/etc/inittabの設定に従ってシステムの動作に必要な各種サービスを起動していく段階

以下、詳細に記述。

電源を入れる
マザーボード上のBIOS起動
BIOSによるハードウェアの認識・初期化（CPUやメモリ，接続されている各種拡張カードetc）
HDDの先頭セクタに書き込まれたMBRの起動
MBRのstage1がstage2を読み込む。
起動メニューの表示
指定されたカーネルとinitrdを読み込む。
カーネルは初期化用ramdiskを読み込む。
ramdiskはモジュールドライバ（SCSIアダプタやUSBコントローラに応じたドライバ，LVM構築に必要なドライバ，ext3ファイルシステム用のドライバなど）をカーネルに組み込む。
CPUやメモリ，接続されている周辺機器の認識や初期化を行う*4
ルートパーティションのマウント
/sbin/initの起動
デフォルトのランレベルを認識
システムの初期化のために/etc/rc.d/rc.sysinitを起動
それぞれのランレベルに応じたサービス（プロセス）を起動
/sbin/mingettyを6つの仮想端末に対して実行し，コンソールからのログインを待つ
/etc/X11/prefdm経由でX Windoｗ System用のディスプレイマネージャを起動

以下はほとんどwikipedia情報ままである。

POST（Power On Self Test）とは？

BIOSコード自体が問題ないかチェックする。
POST を実行する契機が何なのかを特定する。
システムのメインメモリを探し、大きさを調べ、問題ないか検証する。
全てのフロントサイドバスとデバイスを検出し、初期化し、登録する。
必要ならば、個別のBIOS群に制御を渡す。
システム設定のためのユーザインタフェースを提供する。
ブート可能なデバイスを特定し、選択する。
対象OSが必要とするシステム環境があれば、それを構築する。

マザーボードによるエラー通知はPOSTによって行われる。

MBR(Master Boot Record)とは？

PC/AT互換機の場合ここの長さは512バイトで、0（先頭セクタ）〜445バイトはブートストラップローダ、446〜509バイトはパーティションテーブル、510〜511バイトはブートシグニチャがそれぞれ格納されている。MBRの512バイトの部分に書き込まれているのが「ブートローダ」と呼ばれるソフトウェアである。