Un gestor de arranque , también escrito como cargador de arranque [1] [2] o llamado cargador de arranque , es un programa informático que se encarga de arrancar una computadora. Si también proporciona un menú interactivo con múltiples opciones de inicio, a menudo se le llama administrador de inicio . [2]
Cuando una computadora se apaga, su software—incluidos los sistemas operativos, el código de aplicación y los datos—permanece almacenado en la memoria no volátil . Cuando la computadora está encendida, 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 una memoria de solo lectura (ROM y luego EEPROM , NOR flash ) junto con algunos datos necesarios, para inicializar la RAM (especialmente en sistemas x86) y acceder al dispositivo no volátil (generalmente dispositivo de bloque) . ej., memoria flash NAND) o dispositivos desde los cuales los programas y datos del sistema operativo se pueden cargar en la RAM.
Algunos sistemas informáticos anteriores, al recibir una señal de arranque de un operador humano o de un dispositivo periférico, podían cargar una cantidad muy pequeña de instrucciones fijas en la memoria en una ubicación específica, inicializar al menos una CPU y luego apuntar la CPU a las instrucciones y iniciar su ejecución. Estas instrucciones generalmente inician una operación de entrada desde algún dispositivo periférico (que el operador puede seleccionar mediante un interruptor). Otros sistemas pueden enviar comandos de hardware directamente a dispositivos periféricos o controladores de E/S que provocan que se lleve a cabo una operación de entrada extremadamente simple (como "leer el sector cero del dispositivo del sistema en la memoria a partir de la ubicación 1000"), cargando efectivamente una pequeña número de instrucciones del cargador de arranque en la memoria; Luego se puede utilizar una señal de finalización del dispositivo de E/S para iniciar la ejecución de las instrucciones por parte de la CPU.
Las computadoras más pequeñas suelen utilizar mecanismos de carga de arranque menos flexibles pero más automáticos para garantizar que la computadora se inicie rápidamente y con una configuración de software predeterminada. En muchas computadoras de escritorio, por ejemplo, el proceso de arranque comienza cuando la CPU ejecuta el software contenido en la ROM (por ejemplo, el BIOS de una PC IBM o una PC IBM compatible ) en una dirección predefinida (algunas CPU, incluida la serie Intel x86 , están diseñados para ejecutar este software después del reinicio sin ayuda externa). Este software contiene una funcionalidad rudimentaria para buscar dispositivos elegibles para participar en el arranque y cargar un pequeño programa desde una sección especial (más comúnmente el sector de arranque ) del dispositivo más prometedor, generalmente comenzando en un punto de entrada fijo , como el inicio del sector.
Los cargadores de botas pueden enfrentar limitaciones peculiares, especialmente en tamaño; por ejemplo, en las PC IBM anteriores y compatibles, un sector de arranque normalmente debería funcionar con 510 bytes de código (o menos) y en solo 32 KiB [3] [4] (posteriormente reducido a 64 KiB [5] ) de memoria del sistema. y utilice únicamente instrucciones compatibles con los procesadores 8088/8086 originales . La primera etapa de los cargadores de arranque de PC (FSBL, cargador de arranque de primera etapa) ubicados en discos fijos y unidades extraíbles debe 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 se incluyen características adicionales como más de cuatro entradas de partición (hasta 16 con 16 bytes cada una), una firma de disco (6 bytes) , en algunos entornos también se debe admitir una marca de tiempo de disco (6 bytes), una partición activa avanzada (18 bytes) o cargadores de arranque múltiple especiales.
En los registros de arranque de volúmenes disquete y superfloppy , se ocupan hasta 59 bytes para el bloque de parámetros BIOS extendido en los 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. al asumir 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 ubicarse en una posición fija en el directorio raíz del sistema de archivos y almacenarse en 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 luego cargar los primeros tres sectores del archivo en la memoria, que resultó contener otro cargador de arranque integrado capaz de cargar el resto del archivo en la memoria. [7] Cuando Microsoft agregó compatibilidad con LBA y FAT32, cambiaron a un cargador de arranque que alcanza más de dos sectores físicos, usando 386 instrucciones por razones de tamaño. Al mismo tiempo, otros proveedores lograron incluir mucha más funcionalidad en un solo sector de arranque sin relajar las limitaciones originales de una memoria mínima disponible (32 KiB) y soporte de procesador (8088/8086). [nb 2] Por ejemplo, los sectores de arranque DR-DOS pueden ubicar 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] [n.b. 3] [n.b. 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.
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 sistemas operativos en sí mismos, pero pueden cargar un sistema operativo correctamente y transferirle la ejecución; Posteriormente, el sistema operativo se inicializa y puede cargar controladores de dispositivo adicionales . El cargador de arranque de segunda etapa no necesita controladores para su propio funcionamiento, sino que puede utilizar métodos genéricos de acceso al almacenamiento proporcionados por el firmware del sistema, como BIOS o Open Firmware , aunque normalmente con funcionalidad de hardware restringida y menor rendimiento. [12]
Se pueden configurar muchos cargadores de arranque para brindar 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 rescate o modo seguro ), y algunos programas independientes que pueden funcionar sin un sistema operativo, como probadores de memoria (por ejemplo, memtest86+ ), un shell básico (como en GNU GRUB) o incluso juegos (consulte la Lista de juegos de arranque de PC ). [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, una opción predeterminada se preselecciona 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 inicio se puede considerar 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 iniciarse inmediatamente. Por ejemplo, esperar un minuto para que se encienda un televisor digital o un dispositivo de navegación GPS es generalmente inaceptable. Por lo tanto, dichos dispositivos cuentan con sistemas de software en ROM o memoria flash para que el dispositivo pueda comenzar a funcionar de inmediato; Se necesita poca o ninguna carga, porque la carga se puede precalcular y almacenar en la ROM cuando se crea el dispositivo.
Los sistemas grandes y complejos pueden tener procedimientos de arranque que se desarrollan en múltiples fases hasta que finalmente el sistema operativo y otros programas están cargados y listos para ejecutarse. Debido a que los sistemas operativos están diseñados como si nunca se iniciaran ni se detuvieran, un cargador de arranque podría cargar el sistema operativo, configurarse como un mero proceso dentro de ese sistema y luego transferir irrevocablemente el control al sistema operativo. El gestor de arranque finaliza normalmente como lo haría cualquier otro proceso.
La mayoría de las computadoras también son capaces de 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 transferidas 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 genéricos de acceso a la red proporcionados por la ROM de arranque de la interfaz de red, que normalmente contiene una imagen del entorno de ejecución previa al arranque (PXE). No se requieren controladores, pero la funcionalidad del sistema está limitada hasta que se transfieren e inician el kernel y los controladores del sistema operativo. Como resultado, una vez que se ha completado el arranque basado en ROM, es completamente posible arrancar en red en un sistema operativo que no tiene la capacidad de usar la interfaz de red.
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aún deben almacenarse de forma contigua. SYS
continúa atendiendo estos requisitos.IBMBIO.COM
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[…]
se ha mejorado en
DR DOS 5.0
para que no tenga que preocuparse por dejar libre el primer clúster en un disco que desea que sea de arranque. Los archivos del sistema DR DOS se pueden ubicar en cualquier lugar del disco, por lo que se puede configurar cualquier disco con suficiente espacio libre para iniciar su sistema. […]
SYS
(NB. La fuente atribuye esto a la SYS
utilidad, mientras que en realidad es una característica del cargador de arranque avanzado en el sector de arranque. SYS
Simplemente coloca este sector en el disco).[…] El sector de arranque
DR-DOS
[…] busca el archivo
(
DRBIOS.SYS
) y luego carga el archivo *completo* en la memoria antes de pasarle el control. […]
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[…] El sector de arranque
DR-DOS
carga todo el
archivo en la memoria antes de ejecutarlo. No le importa en absoluto el
archivo, que se carga mediante
. […] El sector de arranque DR-DOS […] encontrará los […] archivos del kernel siempre que estén almacenados lógicamente en el directorio raíz. Su ubicación física en el disco, y si están fragmentados o no, no importa el sector de arranque DR-DOS. Por lo tanto, puede simplemente copiar los archivos del kernel al disco (incluso con un simple
), y tan pronto como el sector de arranque sea un sector 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 si tiene que configurar un sistema DR-DOS, y también es la clave para el DR. -Utilidad
DOS multi-OS
LOADER
para funcionar. Los archivos del kernel
de MS-DOS
deben residir en ubicaciones específicas, pero los archivos DR-DOS pueden estar en cualquier lugar, por lo que no es necesario intercambiarlos físicamente cada vez que inicia el otro sistema operativo. Además, permite actualizar un sistema DR-DOS simplemente copiando los archivos del kernel sobre los antiguos, sin necesidad de
procedimientos de configuración difíciles como los requeridos para MS-DOS/
PC DOS
. Incluso puede tener varios archivos del kernel DR-DOS con diferentes nombres de archivo almacenados en la misma unidad, y LOADER cambiará entre ellos de acuerdo con los nombres de archivo enumerados en el archivo
BOOT.LST
. […]
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IBMDOS.COM
IBMBIO.COM
COPY
SYS
[…] el
DR-DOS
no sólo 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 incorrecto y no es necesario
o
. Luego, 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 en realidad "montarán" el sistema de archivos para buscar y cargar los archivos del sistema en el directorio raíz en lugar de esperando que se coloquen en un lugar determinado. Físicamente, los archivos del sistema pueden ubicarse en cualquier lugar y también pueden fragmentarse. […]
FDISK
FORMAT /S
SYS