我們的計算機(jī)在開機(jī)之前，它是一個純硬件的機(jī)器，但是從按下開機(jī)按鈕的那一刻起，ROM上的固化程序就開始為操作系統(tǒng)這個重要的軟件進(jìn)行初始化工作，初始化工作完成以后，將操作系統(tǒng)內(nèi)核加載到內(nèi)存中，操作系統(tǒng)就會幫助我們管理各種硬件資源，帶給了用戶良好的體驗。我們普通用戶通常都不關(guān)心，在電腦啟動時具體都做了什么，但是作為一個IT行業(yè)的從業(yè)人員或者即將作為一名IT行業(yè)的從業(yè)人員，尤其是作為一個搞技術(shù)開發(fā)的從業(yè)人員，對于計算機(jī)是如何啟動的有必要了解一二。
（1）、純硬件檢測與BIOS初始化階段：
首先，在我們按下開機(jī)按鈕的時候，供電系統(tǒng)向計算機(jī)主板和其他硬件設(shè)備供電。剛開機(jī)時電壓不太穩(wěn)定（但是會快速穩(wěn)定下來），所以計算機(jī)主控芯片組會向CPU發(fā)出并保持一個RESET重置信號，讓CPU自動恢復(fù)到初始狀態(tài)，當(dāng)主控芯片組檢測到穩(wěn)定供電后，便撤去RESET信號，此時程序計數(shù)器初始化置為FFFF：0H（硬件芯片初始化地址，和軟件沒關(guān)系），CPU開始從FFFF：0H除執(zhí)行指令，這個地址只有一條指令jmp START，F(xiàn)FFF：0H是BIOS（Basic Input Output System） ROM的起始地址，但不是有效指令開始地址，jmp指令跳轉(zhuǎn)的START是真正進(jìn)行BIOS程序起始地址（如圖）。
（3）、其它設(shè)備檢測更新與CPU控制權(quán)限轉(zhuǎn)交：
在完成BIOS設(shè)置之后，需要進(jìn)行兩步操作，①檢測是否存在即插即用設(shè)備，如果存在則為即插即用設(shè)備分配資源，不存在則直接進(jìn)行系統(tǒng)BIOS清屏；②檢測是否存在硬件設(shè)備的更新，如果存在硬件更新，存放于CMOS之中的系統(tǒng)硬件信息就需要進(jìn)行修改，進(jìn)行ESCD（Extended System Configuration Data）更新（ESCD是系統(tǒng)BIOS與操作系統(tǒng)進(jìn)行硬件配置信息交換的一種手段），更新完畢先要把BIOS提供的中斷例程的入口地址登記在中斷向量表中，然后進(jìn)入指定啟動項（BIOS設(shè)置中設(shè)置的優(yōu)先啟動順序：軟盤、硬盤、U盤或光盤）。
假設(shè)是硬盤啟動，系統(tǒng)BIOS讀取硬盤0盤面0磁道1扇區(qū)的MBR（主引導(dǎo)記錄）到內(nèi)存中指定區(qū)域（具體是BIOS提供的int 19中斷例程加載MBR到RAM的0X00007C00H開始處），設(shè)置程序計數(shù)器到指定區(qū)域（EIP=0X00007C00），然后CPU開始執(zhí)行MBR的指令（即CPU使用權(quán)交由MBR來掌控）。
（4）、MBR的工作：
MBR會先檢查硬盤分區(qū)表，然后根據(jù)硬盤分區(qū)表找到硬盤上的引導(dǎo)分區(qū)，將引導(dǎo)分區(qū)的首扇區(qū)（boot loader）內(nèi)容調(diào)入內(nèi)存，boot loader中的ntdlr（Windows引導(dǎo)程序）啟動mini-file system divers以便能識別NEFS和FAT32的文件系統(tǒng)的硬盤分區(qū)?；蛘遟rub（Linux引導(dǎo)程序）啟動vmlinuz-version和initrd-version.img（eg:Centos5.5中的/boot/vmlinuz-2.6.18-194.el5和/boot/initrd-2.6.18-194.el5.img）。便完成MBR的引導(dǎo)過程。
注：/boot/vmlinuz-2.6.18-194.el5 和/boot/initrd-2.6.18-194.el5.img分別是Linux內(nèi)核文件與initrd文件（boot loader initialized RAM disk），具體介紹可參考：Linux2.6 內(nèi)核的 Initrd 機(jī)制解析
在最開始接觸MBR和boot sector、boot loader、grub、ntdlr這些概念的時候，腦子是一片混亂，直到我做了一個實驗（即后面要提到的的三系統(tǒng)引導(dǎo)實驗）之后才徹底搞清楚：
在安裝系統(tǒng)的一個磁盤上有多個分區(qū)，第一個分區(qū)是主分區(qū)（從1柱面開始），主分區(qū)之前有一個柱面，其第一個扇區(qū)是MBR（0面0道1扇區(qū)），之后便是各個分區(qū)，每個分區(qū)的第一個扇區(qū)都是一個boot sector（存放引導(dǎo)加載程序“boot loader”）。而MBR是0面0道1扇區(qū)即首個boot sector中存放的boot loader，只不過廣義的MBR中不僅僅有引導(dǎo)記錄。在安裝Linux時如果需要為/boot分區(qū)分配一些空間，/boot是用來存放操作系統(tǒng)內(nèi)核的啟動文件與配置文件，而grub是Linux系統(tǒng)的引導(dǎo)程序，在/boot/grub/grub.conf中記錄著grub的基本配置信息。ntldr是windows上的boot loader。
總的來說：
①廣義MBR（512Byte）和boot sector都是一個扇區(qū)，boot sector是每個分區(qū)的第一個扇區(qū)，而MBR是磁盤的第一個扇區(qū)。
②boot loader和狹義MBR（446Byte）是引導(dǎo)加載程序，負(fù)責(zé)加載系統(tǒng)內(nèi)核、提供引導(dǎo)選項或轉(zhuǎn)交引導(dǎo)權(quán)限給其它boot loader（關(guān)于這三種功能我們稍后一一會遇到）。Linux的grub和Windows的ntldr都是boot loader的具體程序。
關(guān)系如下所示（這是先裝了一個Windows7再裝了一個Redhat后的MBR與boot loader情況，Linux的grub改寫了原本直接引導(dǎo)Windwos的MBR，將Linux的grub寫到了MBR里，所以MBR可以直接引導(dǎo)Linux，當(dāng)然也有可以間接通過/dev/sda3中的grub來引導(dǎo)）：
上面已經(jīng)提到了boot loader的三種情況：①直接引導(dǎo)kernel、②轉(zhuǎn)交其它boot loader來引導(dǎo)，③提供菜單選項（選擇1還是2，即選擇雙系統(tǒng)的Windows7還是Redhat）。如下圖所示（暫時忽略Centos5.5）：
上面所述的過程，在MBR加載的前知識點（即BIOS檢查操作）對于實際應(yīng)用來說，幫助不大（CPU初始化FFFF:0H和BIOS加載MBR的部分還是有用的，只是顯卡、內(nèi)存等檢查現(xiàn)在來說沒有太大實際應(yīng)用），但是從MBR加載之后的信息，對于我們在操作系統(tǒng)安裝，雙系統(tǒng)安裝等方面有極大的指導(dǎo)作用。接著我們來看看一個有趣的實驗：先安裝Win7再安裝Redhat6.4，最后安裝Centos5.5的過程中，MBR以及磁盤分區(qū)情況是如何變化的，并且實現(xiàn)按自己心意來隨意引導(dǎo)的方式。
（1）、只安裝Windows7：
只安裝Windows7時的磁盤情況如下所示：
安裝Windows7時，安裝程序?qū)tldr寫入MBR便開機(jī)時讀取MBR時正確引導(dǎo)Windows的Kernel，在自己的boot sector中也寫入了ntldr（備份）。注意：boot sector所在的分區(qū)是分出來存放系統(tǒng)內(nèi)核程序的，C盤是另外一塊分區(qū)?？臻e的分區(qū)可以做D:盤、E:盤，但是我們要安裝多個系統(tǒng)，所以就不分非系統(tǒng)盤了。
（2）、安裝Windows7以后安裝Redhat6.4：
這一操作的結(jié)果與我們在上面區(qū)分MBR和boot sector時已經(jīng)分析過了（但是分區(qū)圖不太一樣）：原本的MBR中是Windwos的ntldr，安裝Redhat時選擇了用Redhat的grub覆蓋Windwos在MBR上的ntldr，但是Redhat識別出了已經(jīng)有一個操作系統(tǒng)是Windows，所以在安裝grub時增加了loader的菜單選項。grub中將Redhat作為了默認(rèn)引導(dǎo)項，不用去讀自己的boot sector了。實際操作中的分區(qū)與MBR變化如下：
（3）、接著安裝一個Centos5.5：
安裝Centos5.5時，選擇是修改MBR還是不修改，我選的是不修改，所以Centos的grub只寫到了/dev/sda安裝好以后，只有Redhat和Others兩個選項，所以Centos無法啟動。此時的文件分區(qū)情況與MBR如下（MBR沒有Centos的grub信息，所以開機(jī)無法直接引導(dǎo)）：
用fdisk -l查看磁盤分區(qū)情況：
那么Centos的grub只寫在/dev/sda7的boot sector中 ,如何啟動Centos？我們可以在MBR的選項菜單中直接按’c’鍵，進(jìn)行g(shù)rub編輯：
編輯如下（編輯完一行回車即可）：
root (hd0,6)。其實就是掛載/dev/sda7到/boot，即指定/boot，/vmlinuz-version也就是/boot下的/vmlinuz-version而不是根(/)下的/vmlinuz-version。
kernel /vmlinuz-version root=LABEL=/，只要輸入kernel /vmlinuz然后按Tab鍵就能自動補(bǔ)全版本號加上root=LABEL=/即可，下一行也一樣按Tab即可
initrd /initrd-version.img
以上三行其實就是boot loader做的事情，如Redhat的引導(dǎo)過程如下圖：（因為/dev/sda3的boot sector上存放的是redhat的boot loader，所以root (hd0,2)即掛載redhat的/boot）
這樣做只能每次手動boot，如何才能一勞永逸呢？只要我們在redhat的/boot/grub/grub.conf配置文件中將以上三行加上去即可（相當(dāng)于在菜單項中加了一項）：
接著我們做以下變化：
進(jìn)入Redhat6.4中，執(zhí)行grub-install /dev/sda1（注意做備份，由于我是用虛擬機(jī)做的，用快照也可以，但是用備份更方便）將redhat的grub安裝到Windows7的boot sector中去，每次選擇菜單中的Windows7，這樣就能達(dá)到引導(dǎo)權(quán)互相交換的效果，修改方式如下所示（由于Linux能夠識別Windows7的NTFS文件系統(tǒng)，所以能夠做這一步，如果不能識別是不存在寫權(quán)限的）：
效果如下所示：
要恢復(fù)Windows7原來的引導(dǎo)，只需要將備份寫回去即可：
類似的操作可以隨意修改，只要能夠識別對應(yīng)文件系統(tǒng)，比如把centos的grub裝到Windows的boot sector中，則選擇Windows7是啟動的是Centos的操作系統(tǒng)。
當(dāng)然也可以在開機(jī)選擇時，按‘c’進(jìn)入grub編輯，如下編輯（不做演示）：
grub> rootnoverify(hd0,0)
grub> chainloader +1
grub> boot
//MBR轉(zhuǎn)交boot權(quán)限的便是/dev/sda1的boot loader啟動Windows7grub> rootnoverify(hd0,2)
grub> chainloader +1
grub> boot
//MBR轉(zhuǎn)交boot權(quán)限的便是/dev/sda3的boot loader啟動Redhat6.4grub> rootnoverify(hd0,6)
grub> chainloader +1
grub> boot
//MBR轉(zhuǎn)交boot權(quán)限的便是/dev/sda7的boot loader啟動Centos5.5
