电脑启动需要经历哪些过程?

传统BIOS启动流程

在这里插入图片描述

1. BIOS

BIOS 启动,BIOS程序是烧进主板自带的ROM里的,所以无硬盘也可以启动。BIOS先进行自检,检查内存、显卡、磁盘等关键设备是否存在功能异常,会有蜂鸣器汇报错误,无错误自检飞快结束。

硬件自检完成后,BIOS把控制权转交给下一阶段的启动程序。需要有一个外部储存设备的排序,排在前面的设备就是优先转交控制权的设备。这种排序叫做启动顺序。可以在BIOS中设置。

2. 主引导

BIOS按照"启动顺序"读取第一位的储存设备。判断有没有MBR,如果有就读取。MBR:存储设备中的第一个扇区,磁盘最前面的512Byte,称为“主引导扇区”(Master boot record,缩写为MBR)

MBR很小,只有512字节,存放程序很小,其主要作用是:告诉计算机在哪一个位置去找操作系统。

MBR由三个部分组成:调用操作系统的机器码、硬盘分区表(Partition table)、主引导记录签名(0x55和0xAA)(用于判断这段程序是不是主引导,不是的话就按启动顺序往下继续找)

3. 硬盘启动

这时,计算机的控制权就要转交给硬盘的某个分区了。分成三种情况:情况A:卷引导记录、情况B:扩展分区和逻辑分区、情况C:启动管理器。

Linux环境中,目前最流行的启动管理器是Grub。Windows是Windows Boot Manager。

4. 操作系统

控制权转交给操作系统后,操作系统的内核首先被载入内存。最后完成所有启动流程。

UEFI启动

UEFI:UEFI 是 BIOS 的升级版本,是一种更现代的固件接口,逐渐取代传统 BIOS。现在的华硕主板的BIOS界面都很好看,还能支持鼠标操作,这就是UEFI了。

UEFI 使用 GPT 分区标准,取代了旧的 MBR 标准。这让 UEFI 可以从超过 2TB 的大容量硬盘启动,而且理论上也没有磁盘大小限制。它支持 32 位和 64 位系统启动,并提供了安全启动 (Secure Boot) 等功能,不仅启动速度更快,还能检测恶意软件,确保启动过程未被篡改。

UEFI与BIOS的主要区别:

区别BIOSUEFI
分区表使用主引导记录 (MBR)使用全局唯一标识分区表 (GPT)
数据存储存储在主板的 BIOS 芯片上存储在存储设备的 EFI 文件中
运行模式只能在 16 位模式下工作可以在 64 位模式下运行,可寻址内存更大
用户界面仅支持键盘导航的文本界面提供更直观的图形界面,支持鼠标操作
网络支持无网络功能有些具备网络功能,可在线更新固件,远程排除故障

UEFI 最终也是需要启动一个引导程序(如 GRUB 或 Windows Boot Manager)来完成操作系统的启动过程。

在启动了GRUB之后,是可以编辑启动配置项的。比如可以禁用一些驱动(例如nouvea)来解决bug。

UEFI是怎么处理双系统的

在UEFI系统的硬盘上,有一个专门的分区叫做 EFI 系统分区(ESP),这里存放着每个操作系统的引导程序,比如 Windows 的 bootmgfw.efi 和 Linux 的 grubx64.efi

如果你的电脑装了双系统,比如 Windows 和 Linux,当你安装操作系统时,它们都会在 ESP 中添加自己的引导程序,同时告诉 UEFI 固件这个启动文件的位置。Windows 会创建自己的引导程序 bootmgfw.efi,默认直接启动 Windows。而 Linux 安装时,通常会使用 GRUB 作为引导程序,并把 GRUB 设置为默认的启动项。GRUB 很强大,它不仅能加载 Linux 系统,还能自动检测到 Windows 的存在,并在启动时提供一个菜单,让你选择启动 Windows 或 Linux。

如果安装顺序是先装 Windows 再装 Linux,Linux 的 GRUB 通常会接管启动流程。这意味着当你开机时,电脑会优先加载 GRUB,然后你可以从菜单里选择想进入的操作系统。但如果 Windows 后来更新系统,它可能会覆盖 GRUB,把自己设为默认启动项。这时你会发现电脑直接进入 Windows,而看不到 GRUB 的菜单。这种情况下,可以通过调整 UEFI 的启动顺序,或者用 Linux 的工具(比如 sudo update-grub)重新修复启动菜单。

如果先装 Linux 再装 Windows,大概率会把 Linux 的引导程序(通常是 GRUB)覆盖掉,导致开机时直接进入 Windows 系统,而无法看到 Linux 的启动菜单。这是因为 Windows 安装程序在处理引导设置时,不会主动识别或保留其他操作系统的引导程序。Windows 安装完成后,会覆盖原来的引导加载程序(GRUB),导致无法直接启动 Ubuntu。这时需要修复 GRUB 来恢复双系统启动选项。可以使用 Ubuntu 安装介质(U盘)启动计算机,进入 Ubuntu 的 “试用” 模式(在安装界面选择 “试用 Ubuntu” 而不是 “安装 Ubuntu”)。然后打开终端,使用命令来重新安装和修复 GRUB。例如,在终端中输入 “sudo mount /dev/sdaX/mnt”(其中 sdaX 是 Ubuntu 系统分区的设备名称,需要根据实际情况替换),将 Ubuntu 分区挂载到 /mnt 目录下,接着输入 “sudo grub - install – root - directory=/mnt/dev/sda”(假设硬盘设备名称是 sda)来重新安装 GRUB,这样就可以恢复双系统启动选项,在启动时可以选择进入 Ubuntu 或者 Windows。

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