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Cargador de arranque

GNU GRUB, un popular gestor de arranque de código abierto
cargador de arranque de windows

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 comenzando en 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 cargador 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.

Cargador de arranque de primera etapa

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 como sectores consecutivos, [6] [ 7] condiciones cuidadas por comando y ligeramente relajado 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, incluso cambiaron a un cargador de arranque que abarcaba más de dos sectores físicos y usaba 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). [nota 2] SYSPor ejemplo, los sectores de arranque DR-DOS pueden ubicar el archivo de arranque en el sistema 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]

BIOS y UEFI no solo pueden cargar uno o más sistemas operativos desde un dispositivo no volátil, sino que también pueden inicializar el hardware del sistema para uno o más sistemas operativos.

Ejemplos de cargadores de arranque de primera etapa incluyen BIOS , UEFI , coreboot , Libreboot y Das U-Boot .

Cargador de arranque de segunda etapa

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; 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.

Cargadores de arranque integrados y de varias etapas

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.

Arranque de red

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.

Ver también

Notas

  1. ^ El manual de PC DOS 5.0 indica incorrectamente que los archivos del sistema ya no necesitan ser contiguos. Sin embargo, para que el proceso de arranque funcione, los archivos del sistema aún deben ocupar las dos primeras entradas del directorio y los primeros tres sectores IBMBIO.COMaún deben almacenarse de forma contigua. SYScontinúa atendiendo estos requisitos.
  2. ^ ab Como ejemplo, si bien la funcionalidad extendida de los MBR y los sectores de arranque de DR-DOS en comparación con sus contrapartes de MS-DOS / PC DOS aún se puede lograr utilizando técnicas de optimización de código convencionales hasta 7.05 , para agregar LBA , FAT32 y LOADER Para soportar los sectores 7.07 , tuvimos que recurrir a código automodificable , programación a nivel de código de operación , utilización controlada de efectos secundarios , superposición de datos/código multinivel y técnicas de plegado algorítmico para comprimir todo en un solo sector físico, ya que era un requisito para compatibilidad hacia atrás y cruzada con otros sistemas operativos en escenarios de arranque múltiple y carga en cadena .
  3. ^ Hay una excepción a la regla de que los VBR de DR-DOS cargarán el archivo completo en la memoria: si el archivo tiene más de 29 KB, intentar cargar el archivo completo en la memoria provocaría que el cargador de arranque sobrescribiera la pila y tabla de parámetros del disco reubicado (DPT/FDPB). Por lo tanto, un VBR DR-DOS 7.07 solo cargaría los primeros 29 KB del archivo en la memoria, confiando en otro cargador integrado en la primera parte para verificar esta condición y cargar el resto del archivo en la memoria por sí mismo si es necesario. Esto no causa problemas de compatibilidad, ya que el tamaño nunca superó este límite en versiones anteriores sin este cargador. Combinado con una estructura de entrada dual, esto también permite que el sistema se cargue mediante una PC DOS VBR, lo que cargaría sólo los primeros tres sectores del archivo en la memoria.IBMBIO.COMIBMBIO.COMIBMBIO.COMIBMBIO.COM

Referencias

  1. ^ "GNU GRUB - Proyecto GNU - Fundación de Software Libre (FSF)". www.gnu.org . Consultado el 27 de septiembre de 2021 .
  2. ^ ab "arranque systemd". www.freedesktop.org . Consultado el 27 de septiembre de 2021 .
  3. ^ ab Paul, Matthias R. (2 de octubre de 1997) [29 de septiembre de 1997]. "Caldera OpenDOS 7.01/7.02 Actualización Alpha 3 IBMBIO.COM - README.TXT y BOOT.TXT - Una breve descripción de cómo se inicia OpenDOS". Archivado desde el original el 4 de octubre de 2003 . Consultado el 29 de marzo de 2009 .[1]
  4. ^ Sakamoto, Masahiko (13 de mayo de 2010). "¿Por qué BIOS carga MBR en 7C00h en x86?". glamenv-septzen.net . Consultado el 22 de agosto de 2012 .
  5. ^ Corporación informática Compaq; tecnologías phoenix ltd; Corporación Intel (11 de enero de 1996). "Especificación de arranque del BIOS 1.01" (PDF) . Consultado el 21 de diciembre de 2017 .
  6. ^ Zbikowski, Marcos ; Allen, Pablo ; Ballmer, Steve ; Borman, Rubén; Borman, Rob; Mayordomo, Juan; Carroll, tirada; Chambelán, Marcos; Chell, David; Colee, Mike; Courtney, Mike; Dryfoos, Mike; Duncan, Raquel; Eckhardt, Kurt; Evans, Eric; Granjero, Rick; Puertas, Bill ; Geary, Michael; Grifo, Bob; Hogarth, Doug; Johnson, James W.; Kermaani, Kaamel; Rey, Adrián; Koch, caña; Landowski, James; Larson, Chris; Lennon, Thomas; Lipkie, Dan; McDonald, Marc ; McKinney, Bruce; Martín, Pascal; Mathers, Estelle; Mateos, Bob; Melín, David; Mergentime, Charles; Nevin, Randy; Newell, Dan; Newell, Tani; Norris, David; O'Leary, Mike; O'Rear, Bob ; Olsson, Mike; Osterman, Larry; Ostling, cresta; Pai, Sunil; Paterson, Tim ; Pérez, Gary; Peters, Chris; Petzold, Carlos ; Pollock, Juan; Reynolds, Aarón; Rubin, Darryl; Ryan, Ralph; Schulmeisters, Karl; Shah, Rajen; Shaw, Barry; Breve, Antonio; Slivka, Ben; Sonríe, Jon; Fabricante de alambiques, Betty; Stoddard, Juan; Tillman, Dennis; Whitten, Greg; Yount, Natalie; Zeck, Steve (1988). "Asesores técnicos". La enciclopedia MS-DOS: versiones 1.0 a 3.2 . Por Duncan, Ray; Bostwick, Steve; Burgoyne, Keith; Byers, Robert A.; Hogan, Thom; Kyle, Jim; Letwin, Gordon ; Petzold, Carlos ; Rabinowitz, Chip; Tomlin, Jim; Wilton, Richard; Wolverton, furgoneta; Wong, William; Woodcock, JoAnne (edición completamente reelaborada). Redmond, Washington, Estados Unidos: Microsoft Press . ISBN 1-55615-049-0. LCCN  87-21452. OCLC  16581341.(xix+1570 páginas; 26 cm) (NB. Esta edición se publicó en 1988 después de una extensa revisión de la primera edición retirada de 1986 por parte de un equipo diferente de autores. [2])
  7. ^ abc Chappell, Geoff (enero de 1994). "Capítulo 2: La huella del sistema". En Schulman, Andrés; Pedersen, Amorette (eds.). Partes internas de DOS . La serie de programación de Andrew Schulman (primera edición, 1ª ed.). Addison-Wesley . ISBN 978-0-201-60835-9.(xxvi+738+iv páginas, disquete de 3,5" [3][4]) Erratas: [5][6][7]
  8. ^ Rosch, Winn L. (12 de febrero de 1991). "DR DOS 5.0 - ¿El mejor sistema operativo?". Revista PC . vol. 10, núm. 3. págs. 241–246, 257, 264, 266. Archivado desde el original el 25 de julio de 2019 . Consultado el 26 de julio de 2019 . […] 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 SYSutilidad, mientras que en realidad es una característica del cargador de arranque avanzado en el sector de arranque. SYSSimplemente coloca este sector en el disco).
  9. ^ Paul, Matthias R. (17 de enero de 2001). "FAT32 en DR-DOS". opendos@delorie . Archivado desde el original el 6 de octubre de 2017 . Consultado el 6 de octubre de 2017 . […] 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. […]IBMBIO.COM
  10. ^ Paul, Matthias R. (20 de febrero de 2002). "No puedo copiar". opendos@delorie . Archivado desde el original el 6 de octubre de 2017 . Consultado el 9 de octubre de 2017 . […] 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 gran mejora en términos de conveniencia 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 . […]IBMBIO.COMIBMDOS.COMIBMBIO.COMCOPYSYS
  11. ^ Paul, Matthias R. (14 de agosto de 2017) [7 de agosto de 2017]. "La continuación de la saga de Windows 3.1 en modo mejorado en OmniBook 300". MoHPC: el museo de las calculadoras HP . Archivado desde el original el 6 de octubre de 2017 . Consultado el 6 de octubre de 2017 . […] 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. […] FDISKFORMAT /SSYS
  12. ^ "Capítulo 6: Solución de problemas de inicio y de disco". Kit de recursos del servidor Windows NT . Microsoft. Archivado desde el original el 15 de mayo de 2007.
  13. ^ "Tinte". arranque central . Consultado el 20 de noviembre de 2010 .

enlaces externos