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Un gestor de arranque , también escrito como boot loader [1] [2] o llamado cargador de arranque , es un programa informático que se encarga de arrancar un ordenador. Si también ofrece un menú interactivo con múltiples opciones de arranque, se suele denominar gestor de arranque . [2]
Cuando se apaga una computadora, su software, incluidos los sistemas operativos, el código de aplicación y los datos, permanece almacenado en la memoria no volátil . Cuando se enciende la computadora, normalmente no tiene un sistema operativo ni su cargador en la memoria de acceso aleatorio (RAM). La computadora primero ejecuta un programa relativamente pequeño almacenado en la memoria de solo lectura (ROM y más tarde EEPROM , flash NOR ) junto con algunos datos necesarios, para inicializar la RAM (especialmente en sistemas x86), para acceder al dispositivo no volátil (generalmente dispositivo de bloque , p. ej., flash NAND) o dispositivos desde los cuales se pueden cargar los programas y datos del sistema operativo en la RAM.
Algunos sistemas informáticos anteriores, al recibir una señal de arranque de un operador humano o un dispositivo periférico, pueden cargar una cantidad muy pequeña de instrucciones fijas en la memoria en una ubicación específica, inicializar al menos una CPU y luego indicarle a la CPU las instrucciones e iniciar su ejecución. Estas instrucciones generalmente inician una operación de entrada desde algún dispositivo periférico (que puede ser seleccionable por el operador mediante un interruptor). Otros sistemas pueden enviar comandos de hardware directamente a dispositivos periféricos o controladores de E/S que hacen que se realice una operación de entrada extremadamente simple (como "leer el sector cero del dispositivo del sistema en la memoria comenzando en la ubicación 1000"), cargando efectivamente una pequeña cantidad de instrucciones del cargador de arranque en la memoria; luego, se puede usar una señal de finalización del dispositivo de E/S para iniciar la ejecución de las instrucciones por parte de la CPU.
Los ordenadores más pequeños suelen utilizar mecanismos de cargador de arranque menos flexibles pero más automáticos para garantizar que el ordenador se inicie rápidamente y con una configuración de software predeterminada. En muchos ordenadores de sobremesa, por ejemplo, el proceso de arranque comienza con la CPU ejecutando el software contenido en la ROM (por ejemplo, la BIOS de un IBM PC o un IBM PC compatible ) en una dirección predefinida (algunas CPU, incluidas las de la serie Intel x86 , están diseñadas para ejecutar este software tras el reinicio sin ayuda externa). Este software contiene una funcionalidad rudimentaria para buscar dispositivos aptos para participar en el arranque, y cargar un pequeño programa desde una sección especial (más habitualmente el sector de arranque ) del dispositivo más prometedor, normalmente empezando en un punto de entrada fijo como el inicio del sector.
Los cargadores de arranque pueden enfrentar restricciones peculiares, especialmente en tamaño; por ejemplo, en las primeras IBM PC y compatibles, un sector de arranque normalmente debería funcionar con 510 bytes de código (o menos) y en solo 32 KiB [3] [4] (luego relajado a 64 KiB [5] ) de memoria del sistema y solo usar instrucciones compatibles con los procesadores 8088 / 8086 originales . La primera etapa de los cargadores de arranque de PC (FSBL, first-stage boot loader) ubicados en discos fijos y unidades extraíbles deben caber en los primeros 446 bytes del registro de arranque maestro para dejar espacio para la tabla de particiones predeterminada de 64 bytes con cuatro entradas de partición y la firma de arranque de dos bytes , que el BIOS requiere para un cargador de arranque adecuado, o incluso menos, cuando también se deben admitir características adicionales como más de cuatro entradas de partición (hasta 16 con 16 bytes cada una), una firma de disco (6 bytes), una marca de tiempo de disco (6 bytes), una Partición Activa Avanzada (18 bytes) o cargadores de arranque múltiples especiales en algunos entornos.
En los registros de arranque de volúmenes de disquete y superfloppy , se ocupan hasta 59 bytes para el bloque de parámetros BIOS extendido en volúmenes FAT12 y FAT16 desde DOS 4.0, mientras que el EBPB FAT32 introducido con DOS 7.1 requiere incluso 87 bytes, dejando solo 423 bytes para el cargador de arranque cuando se asume un tamaño de sector de 512 bytes. Por lo tanto, los sectores de arranque de Microsoft tradicionalmente imponían ciertas restricciones al proceso de arranque. Por ejemplo, el archivo de arranque tenía que estar ubicado en una posición fija en el directorio raíz del sistema de archivos y almacenado dentro de sectores consecutivos, [6] [7] condiciones atendidas por el comando y ligeramente relajadas en versiones posteriores de DOS. [7] [nb 1] El cargador de arranque pudo entonces cargar los primeros tres sectores del archivo en la memoria, que contenía otro cargador de arranque integrado capaz de cargar el resto del archivo en la memoria. [7] Cuando Microsoft añadió soporte para LBA y FAT32, cambió a un cargador de arranque que alcanzaba más de dos sectores físicos, utilizando 386 instrucciones por razones de tamaño. Al mismo tiempo, otros proveedores lograron comprimir mucha más funcionalidad en un solo sector de arranque sin relajar las restricciones originales sobre la memoria mínima disponible (32 KiB) y el soporte del procesador (8088/8086). [nb 2] Por ejemplo, los sectores de arranque DR-DOS pueden localizar el archivo de arranque en los sistemas de archivos FAT12, FAT16 y FAT32, y cargarlo en la memoria como un todo a través de CHS o LBA, incluso si el archivo no está almacenado en una ubicación fija y en sectores consecutivos. [8] [3] [9] [10] [11] [nb 3] [nb 2]SYS
BIOS y UEFI no solo pueden cargar múltiples sistemas operativos desde un dispositivo no volátil, sino que también pueden inicializar el hardware del sistema para los sistemas operativos cargados.
Algunos ejemplos de cargadores de arranque de primera etapa incluyen BIOS , UEFI , coreboot , Libreboot y Das U-Boot .
Los cargadores de arranque de segunda etapa, como GNU GRUB , rEFInd , BOOTMGR , Syslinux , NTLDR o iBoot , no son en sí mismos sistemas operativos, pero pueden cargar un sistema operativo correctamente y transferirle la ejecución; el sistema operativo posteriormente se inicializa a sí mismo y puede cargar controladores de dispositivos adicionales . El cargador de arranque de segunda etapa no necesita controladores para su propio funcionamiento, pero puede utilizar en su lugar métodos de acceso de almacenamiento genéricos proporcionados por el firmware del sistema, como la BIOS o Open Firmware , aunque normalmente con funcionalidad de hardware restringida y menor rendimiento. [12]
Muchos cargadores de arranque pueden configurarse para dar al usuario múltiples opciones de arranque. Estas opciones pueden incluir diferentes sistemas operativos (para arranque dual o múltiple desde diferentes particiones o unidades), diferentes versiones del mismo sistema operativo (en caso de que una nueva versión tenga problemas inesperados), diferentes opciones de carga del sistema operativo (por ejemplo, arrancar en un modo de rescate o seguro ) y algunos programas independientes que pueden funcionar sin un sistema operativo, como comprobadores de memoria (por ejemplo, memtest86+ ), un shell básico (como en GNU GRUB) o incluso juegos (consulte la Lista de juegos de PC Booter ). [13] Algunos cargadores de arranque también pueden cargar otros cargadores de arranque; por ejemplo, GRUB carga BOOTMGR en lugar de cargar Windows directamente. Por lo general, se preselecciona una opción predeterminada con un retraso de tiempo durante el cual un usuario puede presionar una tecla para cambiar la opción; después de este retraso, la opción predeterminada se ejecuta automáticamente para que el arranque normal pueda ocurrir sin interacción.
El proceso de arranque puede considerarse completo cuando la computadora está lista para interactuar con el usuario o el sistema operativo es capaz de ejecutar programas del sistema o programas de aplicación.
Muchos sistemas integrados deben arrancar inmediatamente. Por ejemplo, esperar un minuto para que se inicie un televisor digital o un dispositivo de navegación GPS es generalmente inaceptable. Por lo tanto, estos dispositivos tienen sistemas de software en la memoria ROM o flash para que el dispositivo pueda comenzar a funcionar inmediatamente; se necesita poca o ninguna carga, porque la carga se puede calcular previamente y almacenar en la ROM cuando se fabrica el dispositivo.
Los sistemas grandes y complejos pueden tener procedimientos de arranque que se llevan a cabo en varias fases hasta que finalmente el sistema operativo y otros programas se cargan y están listos para ejecutarse. Debido a que los sistemas operativos están diseñados como si nunca se iniciaran ni se detuvieran, un cargador de arranque puede cargar el sistema operativo, configurarse como un mero proceso dentro de ese sistema y luego transferir irrevocablemente el control al sistema operativo. El cargador de arranque luego finaliza normalmente como lo haría cualquier otro proceso.
La mayoría de las computadoras también pueden arrancar a través de una red informática . En este escenario, el sistema operativo se almacena en el disco de un servidor y ciertas partes del mismo se transfieren al cliente mediante un protocolo simple como el Protocolo trivial de transferencia de archivos (TFTP). Una vez que se han transferido estas partes, el sistema operativo asume el control del proceso de arranque.
Al igual que con el cargador de arranque de segunda etapa, el arranque en red comienza utilizando métodos de acceso a red genéricos proporcionados por la ROM de arranque de la interfaz de red, que normalmente contiene una imagen de entorno de ejecución de prearranque (PXE). No se requieren controladores, pero la funcionalidad del sistema está limitada hasta que se transfieran e inicien el núcleo y los controladores del sistema operativo. Como resultado, una vez que se ha completado el arranque basado en ROM, es totalmente posible arrancar en red un sistema operativo que no tiene la capacidad de utilizar la interfaz de red.
IBMBIO.COMaún deben almacenarse de manera contigua. SYScontinúa ocupándose de estos requisitos.IBMBIO.COMIBMBIO.COMIBMBIO.COMIBMBIO.COM[…]
Se ha mejorado en
DR DOS 5.0,
por lo que no tiene que preocuparse por dejar el primer clúster libre en un disco que desea convertir en arrancable. Los archivos del sistema DR DOS se pueden ubicar en cualquier lugar del disco, por lo que cualquier disco con suficiente espacio libre puede configurarse para arrancar su sistema. […]
SYSSYSutilidad mientras que, de hecho, se trata de una característica del cargador de arranque avanzado en el sector de arranque. SYSSimplemente coloca este sector en el disco).[…] El sector de arranque de
DR-DOS
[…] busca el archivo
(
DRBIOS.SYS
) y luego carga el archivo *completo* en la memoria antes de pasarle el control. […]
IBMBIO.COM[…] El sector de arranque
de DR-DOS
carga el archivo completo
en la memoria antes de ejecutarlo. No le importa en absoluto el
archivo, que es cargado por
. […] El sector de arranque de DR-DOS […] encontrará los […] archivos del núcleo siempre que estén almacenados lógicamente en el directorio raíz. Su ubicación física en el disco, y si están fragmentados o no, no le importa al sector de arranque de DR-DOS. Por lo tanto, puede simplemente copiar los archivos del núcleo al disco (incluso con un simple
), y tan pronto como el sector de arranque sea un sector de DR-DOS, los encontrará y los cargará. Por supuesto, es difícil poner todo esto en sólo 512 bytes, el tamaño de un solo sector, pero esto es una mejora importante en cuanto a conveniencia si tiene que configurar un sistema DR-DOS, y también es la clave para que
funcione la utilidad DR-DOS multi-OS
LOADER . Los archivos del núcleo
MS-DOS
deben residir en ubicaciones específicas, pero los archivos DR-DOS pueden estar en cualquier lugar, por lo que no tiene que intercambiarlos físicamente cada vez que inicia el otro sistema operativo. Además, permite actualizar un sistema DR-DOS simplemente copiando los archivos del núcleo sobre los antiguos, sin necesidad de
procedimientos de configuración difíciles como los requeridos para MS-DOS/
PC DOS
. Incluso puede tener múltiples archivos del núcleo DR-DOS con diferentes nombres de archivo almacenados en la misma unidad, y LOADER cambiará entre ellos de acuerdo con los nombres de archivo que aparecen en el archivo
BOOT.LST
. […]
IBMBIO.COMIBMDOS.COMIBMBIO.COMCOPYSYS
[…] el
DR-DOS
no solo particiona un disco, sino que también puede formatear los volúmenes recién creados e inicializar sus sectores de arranque de una sola vez, por lo que no hay riesgo de estropear accidentalmente el volumen equivocado y no hay necesidad de
o
. Después, puede simplemente copiar los archivos DR-DOS restantes, incluidos los archivos del sistema. Es importante saber que, a diferencia de
MS-DOS
/
PC DOS
, DR-DOS tiene sectores de arranque "inteligentes" que realmente "montarán" el sistema de archivos para buscar y cargar los archivos del sistema en el directorio raíz en lugar de esperar que se coloquen en una ubicación determinada. Físicamente, los archivos del sistema pueden estar ubicados en cualquier lugar y también pueden estar fragmentados. […]
FDISKFORMAT /SSYS