


Un gestor de arranque , también escrito como boot loader [ 1 ] [ 2 ] o llamado bootstrap loader , es un programa informático responsable de arrancar un ordenador y un sistema operativo. Si además proporciona un menú interactivo con varias opciones de arranque, a menudo se le denomina gestor de arranque . [ 2 ]
Cuando un ordenador está apagado, su software —incluidoslos sistemas operativos, el código de las aplicaciones y los datos— permanecealmacenado en la memoria no volátil . Cuando el ordenador está encendido, normalmente no tiene un sistema operativo ni su cargador en la memoria de acceso aleatorio (RAM). El ordenador ejecuta primero un programa relativamente pequeño almacenado en la ROM de arranque , que es una memoria de solo lectura (ROM, y posteriormente EEPROM , memoria flash NOR ) junto con algunos datos necesarios, para inicializar los dispositivos de hardware como la CPU, la placa base, la memoria, el almacenamiento y otros dispositivos de E/S, para acceder al dispositivo no volátil (normalmente un dispositivo de bloques , por ejemplo, memoria flash NAND) o a los dispositivos desde los que se pueden cargar los programas y datos del sistema operativo en la RAM.
Algunos sistemas informáticos antiguos, al recibir una señal de arranque de un operador o un dispositivo periférico, podían cargar un número muy reducido de instrucciones fijas en la memoria, en una ubicación específica, inicializar al menos una CPU y, a continuación, indicarle a la CPU la ubicación de dichas instrucciones e iniciar su ejecución. Estas instrucciones solían iniciar una operación de entrada desde algún dispositivo periférico (que el operador podía seleccionar mediante un interruptor). Otros sistemas podían enviar comandos de hardware directamente a los dispositivos periféricos o controladores de E/S, lo que provocaba la ejecución de una operación de entrada extremadamente sencilla (como «leer el sector cero del dispositivo del sistema en la memoria a partir de la ubicación 1000»), cargando así un pequeño número de instrucciones del gestor de arranque en la memoria; posteriormente, una señal de finalización del dispositivo de E/S podía utilizarse para que la CPU iniciara la ejecución de las instrucciones.
Los ordenadores más pequeños suelen utilizar mecanismos 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, el BIOS /sistema básico de entrada/salida de un IBM PC o un IBM PC compatible ) en una dirección predefinida (algunas CPU, incluida la serie Intel x86 , están diseñadas para ejecutar este software después del 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 (normalmente 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
Algunos ejemplos de gestores de arranque de primera etapa son BIOS , UEFI , coreboot , Libreboot y Das U-Boot . Inicializan dispositivos de hardware como la CPU, la placa base, la memoria, el almacenamiento y otros dispositivos de entrada/salida.
Cargador de arranque de segunda etapa
Los gestores de arranque de segunda etapa, como GNU GRUB , rEFInd , BOOTMGR , Syslinux y NTLDR , no son sistemas operativos en sí mismos, pero son capaces de cargar un sistema operativo correctamente y transferirle la ejecución; posteriormente, el sistema operativo se inicializa y puede cargar controladores de dispositivos adicionales .
Las implementaciones de segunda etapa pueden incluir interfaces de usuario interactivas, que permiten la selección de opciones de arranque y la modificación de parámetros. Manejan la carga del kernel, incluido el procesamiento de imágenes initrd/initramfs , y pueden pasar parámetros de arranque al kernel . Muchos implementan diseños modulares que admiten módulos cargables para funcionalidad adicional. 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, arranque en un modo de rescate o 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 (ver Lista de juegos de arranque de PC ). [ 3 ] 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 retardo de tiempo durante el cual un usuario puede presionar una tecla para cambiar la opción; Tras este retraso, se ejecuta automáticamente la opción predeterminada para que el arranque se realice sin interacción. También pueden gestionar la compresión, la verificación criptográfica y la carga en cadena de otros gestores de arranque. El proceso de arranque se considera completo cuando el ordenador está listo para interactuar con el usuario o cuando el sistema operativo es capaz de ejecutar programas del sistema o aplicaciones.
Ejemplos
Ordenadores personales compatibles con IBM
BIOS heredado
En los ordenadores x86 , tras la autoprueba de encendido de la BIOS , se ejecuta el cargador de arranque de primera etapa, un programa compacto de 512 bytes ubicado en el registro de arranque maestro (MBR). Este cargador, que se ejecuta en modo real de 16 bits en la dirección 0x7C00, localiza el cargador de arranque de segunda etapa. Su principal desafío reside en realizar estas tareas dentro de estrictas limitaciones de tamaño, a la vez que gestiona posibles fallos de hardware. El cargador de arranque debe navegar por las estructuras de disco, a menudo implementando compatibilidad con el sistema de archivos FAT , y gestionar la delicada transición desde el estado de inicio de la BIOS a un entorno estable para la siguiente etapa de arranque.
Los cargadores de arranque MBR de primera etapa pueden enfrentar restricciones peculiares, especialmente en tamaño; por ejemplo, en los primeros IBM PC y compatibles, un sector de arranque normalmente debería funcionar con 510 bytes de código (o menos) y en solo 32 KiB [ 4 ] [ 5 ] (luego relajado a 64 KiB [ 6 ] ) de memoria del sistema y solo usar instrucciones admitidas por 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 la 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 múltiple especiales en algunos entornos.
En los registros de arranque de volumen de disquete y superdisquete , se ocupan hasta 59 bytes para el bloque de parámetros BIOS extendido (EBPB) 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. Los sectores de arranque de Microsoft, por lo tanto, 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, [ 7 ] [ 8 ] condiciones que se manejaban con el comando y se relajaron ligeramente en versiones posteriores de DOS. [ 8 ] [ nb 1 ] El cargador de arranque podía entonces cargar los primeros tres sectores del archivo en la memoria, que casualmente contenía otro cargador de arranque integrado capaz de cargar el resto del archivo en la memoria. [ 8 ] Cuando Microsoft agregó direccionamiento de bloques lógicos (LBA) y soporte para FAT32, cambió a un cargador de arranque que abarcaba 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 de solo memoria mínima disponible (32 KiB) y soporte de procesador (8088/8086). [ nb 2 ] Por ejemplo, los sectores de arranque de 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. [ 9 ] [ 4 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ nb 3 ] [ nb 2 ]SYS
En los ordenadores x86, los cargadores de arranque de segunda etapa, como PBR , funcionan sin la estricta limitación de 512 bytes de sus homólogos de primera etapa. Se ejecutan en un entorno más sofisticado, con un tamaño que suele oscilar entre 8 KB y varios megabytes. Este espacio ampliado permite la implementación de funciones complejas como la compatibilidad con sistemas de archivos, la configuración en tiempo de ejecución y las interfaces de menú del cargador de arranque. 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 la BIOS, aunque normalmente con una funcionalidad de hardware restringida y un rendimiento inferior. [ 13 ]
En los ordenadores x86, los gestores de arranque de tercera etapa incluyen IO.SYS , NTLDR , BOOTMGR y GRUB .
UEFI
UEFI (excepto para el arranque CSM) no depende de los sectores de arranque; carga directamente el cargador de arranque de la siguiente etapa (como BOOTMGR y GRUB2 ) desde la partición del sistema EFI .
IBM System/360 y sus sucesores
En IBM System/360 y sus sucesores, el control del operador LOAD inicia un proceso llamado Carga Inicial del Programa (IPL), [ nb 4 ] que
- ¿Se realiza un reinicio del sistema?
- Envía un comando de canal Read IPL (IPL) ( 02 16 ) al dispositivo seleccionado para leer 24 bytes en las ubicaciones 0-23 y hace que el canal comience a obtener palabras de comando de canal (CCW) en la ubicación 8; el efecto es como si el canal hubiera obtenido una CCW de la ubicación 0 con una longitud de 24, una dirección de 0 y las banderas que contienen Command Chaining + Suppress Length Indication.
- Al finalizar la operación, el sistema almacena la dirección de E/S en la media palabra en la ubicación 2 y carga el PSW desde la ubicación 0.
Los sistemas operativos para S/360 a través de z/Architecture residen en dispositivos de almacenamiento de acceso directo (DASD), por ejemplo, disco, tambor. Para estos dispositivos, Read IPL realiza una búsqueda al cilindro 0000 16 , cabezal 0000 16 , y se orienta al registro 01 16. Para todos los sistemas operativos compatibles, el registro 01 16 contiene una lectura de datos en sentido antihorario para leer un registro de arranque y una transferencia en canal (TIC) en sentido antihorario hacia el arranque. El programa de canal en el arranque lee el texto del programa IPL en la ubicación 0, comenzando con una PSW que apunta a la primera instrucción de texto del programa IPL.
Para OS/360 [ nb 5 ] [ 14 ] el programa IPL realiza alguna inicialización, se reubica, localiza el Núcleo , [ nb 6 ] [ nb 7 ] carga el núcleo y se transfiere al Programa de Inicialización del Núcleo (NIP) al final del Núcleo.
Cargadores de arranque integrados y multietapa
Muchos sistemas embebidos deben arrancar inmediatamente. Por ejemplo, esperar un minuto para que se inicie un televisor digital o un dispositivo de navegación GPS suele ser inaceptable. Por lo tanto, estos dispositivos cuentan con sistemas de software en memoria ROM o flash para que puedan comenzar a funcionar de inmediato; se requiere poca o ninguna carga, ya que esta se puede precalcular y almacenar en la ROM durante la fabricación del 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 se cargan y están listos para ejecutarse. Dado que los sistemas operativos están diseñados como si nunca se iniciaran ni se detuvieran, un gestor de arranque podría cargar el sistema operativo, configurarse como un simple proceso dentro de ese sistema y, a continuación, transferir irrevocablemente el control al sistema operativo. El gestor de arranque finaliza entonces de forma normal, como cualquier otro proceso.
Arranque de red
La mayoría de los ordenadores también pueden arrancar a través de una red informática . En este caso, el sistema operativo se almacena en el disco de un servidor y ciertas partes se transfieren al cliente mediante un protocolo sencillo como el Protocolo de Transferencia de Archivos Trivial (TFTP). Una vez transferidas estas partes, el sistema operativo toma el control del proceso de arranque.
Al igual que con el cargador de arranque de segunda etapa, el arranque por 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 Previo al Arranque (PXE). No se requieren controladores, pero la funcionalidad del sistema es limitada hasta que se transfieren e inician el núcleo del sistema operativo y los controladores. Por lo tanto, una vez completado el arranque basado en la ROM, es totalmente posible arrancar por red en un sistema operativo que no tenga la capacidad de usar la interfaz de red.
Véase también
Notas
- ↑ El manual de PC DOS 5.0 afirma erróneamente 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 tres primeros sectores
IBMBIO.COMaún deben almacenarse de forma contigua.SYSsigue teniendo en cuenta estos requisitos. - 1 2 Como ejemplo, mientras que la funcionalidad extendida de los MBR y sectores de arranque de DR-DOS en comparación con sus contrapartes de MS-DOS / PC DOS aún se podía lograr utilizando técnicas convencionales de optimización de código hasta la versión 7.05 , para la adición desoporte para LBA , FAT32 y LOADER, los sectores de la versión 7.07 tuvieron que recurrir a código automodificable , programación a nivel de código de operación , utilización controlada de efectos secundarios , superposición de datos/código de varios niveles y técnicas de plegado algorítmicopara comprimir todo en un solo sector físico, ya que era un requisito para la retrocompatibilidad y compatibilidad cruzada con otros sistemas operativos en escenarios de arranque múltiple y carga en cadena .
- ↑ Existe una excepción a la regla de que los VBR de DR-DOS cargarán elarchivo completo en la memoria: si elarchivo es mayor que unos 29KB, intentar cargarlo completo en la memoria resultaría en que el cargador de arranque sobrescribiera la pila y la tabla de parámetros de disco reubicada (DPT/FDPB). Por lo tanto, un VBR de DR-DOS 7.07 solo cargaría los primeros 29KB del archivo en la memoria, confiando en otro cargador integrado en la primera partepara verificar esta condición y cargar el resto del archivo en la memoria por sí mismo si fuera necesario. Esto no causa problemas de compatibilidad, ya queel tamaño de nunca superó este límite en versiones anteriores sin este cargador. Combinado con una estructura de doble entrada, esto también permite que el sistema sea cargado por un VBR de PC DOS , que cargaría solo los primeros tres sectores del archivo en la memoria.
IBMBIO.COMIBMBIO.COMIBMBIO.COMIBMBIO.COM - ↑ Para z/Architecture, los detalles son ligeramente diferentes debido a las direcciones de 64 bits.
- ↑ El proceso es más complejo para los sucesores de OS/360 y tiene algunas diferencias para otras familias de sistemas operativos.
- ↑ El núcleo contiene componentes del sistema operativo que deben estar siempre presentes en la memoria del procesador. La mayor parte del código es privilegiado, pero también hay subrutinas para uso de los programas de aplicación.
- ↑ El núcleo reside en el miembro IEANUC0x de SYS1.NUCLEUS en el volumen IPL, donde x normalmente es 1 pero puede ser cambiado por el operador.
Referencias
- ↑ "GNU GRUB - Proyecto GNU - Fundación del Software Libre (FSF)" . www.gnu.org . Consultado el 27 de septiembre de 2021 .
- 1 2 "systemd-boot" . www.freedesktop.org . Consultado el 27 de septiembre de 2021 .
- ↑ "Tint" . coreboot. Archivado del original el 28 de diciembre de 2010. Recuperado el 20 de noviembre de 2010 .
- 1 2Paul, Matthias R. (2 de octubre de 1997) [29 de septiembre de 1997]. "Caldera OpenDOS 7.01/7.02 Update Alpha 3 IBMBIO.COM - README.TXT y BOOT.TXT - Una breve descripción de cómo se inicia OpenDOS" . Archivado del original el 4 de octubre de 2003. Recuperado el 29 de marzo de 2009 .
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- 1 2 3 Chappell, Geoff (enero de 1994). «Capítulo 2: La huella del sistema». En Schulman, Andrew; Pedersen, Amorette (eds.). DOS Internals . The Andrew Schulman programming series (1.ª impresión, 1.ª ed.). Addison-Wesley . ISBN 978-0-201-60835-9.(xxvi+738+iv páginas, disquete de 3,5")) Erratas:
- ↑ Rosch, Winn L. (12 de febrero de 1991). «DR DOS 5.0: ¿El mejor sistema operativo?» . PC Magazine . Vol. 10, n.º 3, págs. 241–246 , 257, 264, 266. Consultado el 26 de julio de 2019.
[…]
se ha mejorado en
DR
DOS 5.0,
por lo que no tiene que preocuparse por dejar libre el primer clúster en un disco que quiera hacer arrancable. Los
archivos del sistema DR DOS pueden ubicarse en cualquier parte del disco, por lo que cualquier disco con suficiente espacio libre puede configurarse para arrancar su sistema. […]
SYS{{cite magazine}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace ) (Nota: La fuente atribuye esto a laSYSutilidad, cuando en realidad es una característica del cargador de arranque avanzado en el sector de arranque.SYSSimplemente coloca este sector en el disco). - ↑ Paul, Matthias R. (17 de enero de 2001). "FAT32 en DR-DOS" . opendos@delorie . Archivado del original el 6 de octubre de 2017. Recuperado el 6 de octubre de 2017.
[…] El sector de arranque
de DR-DOS
[…] busca el archivo
(
DRBIOS.SYS
) y luego carga el archivo *completo* en la memoria antes de cederle el control. […]
IBMBIO.COM - ↑ Paul, Matthias R. (20 de febrero de 2002). "No se puede copiar" . opendos@delorie . Archivado del original el 6 de octubre de 2017. Recuperado el 9 de octubre de 2017.
[…] El sector de arranque
de DR-DOS
carga todo el
archivo 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 kernel 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 kernel al disco (incluso con un simple
), y tan pronto como el sector de arranque sea un sector de DR-DOS, los encontrará y cargará. Por supuesto, es difícil incluir todo esto en solo 512 bytes, el tamaño de un solo sector, pero esto supone una gran mejora en cuanto a comodidad al configurar un sistema DR-DOS, y también es clave para el
funcionamiento de la utilidad DR-DOS multi-OS
LOADER . Los archivos del kernel
de MS-DOS
deben residir en ubicaciones específicas, pero los de DR-DOS pueden estar en cualquier lugar, por lo que no es necesario intercambiarlos físicamente cada vez que se 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 complicados como los que se requieren para MS-DOS/
PC
DOS
. Incluso se pueden tener varios archivos del kernel de DR-DOS con nombres diferentes almacenados en la misma unidad, y LOADER alternará entre ellos según los nombres de archivo que figuren en el archivo
BOOT.LST
. […]
IBMBIO.COMIBMDOS.COMIBMBIO.COMCOPYSYS - ↑ Paul, Matthias R. (14 de agosto de 2017) [7 de agosto de 2017]. "La saga continua de Windows 3.1 en modo mejorado en OmniBook 300" . MoHPC - el museo de calculadoras HP . Archivado del original el 6 de octubre de 2017. Recuperado el 6 de octubre de 2017.
[...] 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 dañar accidentalmente el volumen incorrecto y no hay necesidad de
o
. Después, podría simplemente copiar los archivos restantes de DR-DOS, 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 estén ubicados en una ubicación determinada. Físicamente, los archivos del sistema pueden estar ubicados en cualquier lugar y también pueden estar fragmentados. […]
FDISKFORMAT /SSYS - ↑ "Capítulo 6 - Solución de problemas de inicio y de disco" . Kit de recursos del servidor Windows NT . Microsoft. Archivado del original el 15 de mayo de 2007.
- ↑ "EL CARGADOR DE PROGRAMAS INICIAL" (PDF) . Versión del sistema operativo 21 - Sistema operativo IBM System/360 - Cargador de programas inicial y programa de inicialización de Nucleus - Número de programa 360S-CI-535 (PDF) . Lógica de programas (Sexta ed.). Marzo de 1972. págs. 3–10 . GY28-6661-5 . Consultado el 16 de abril de 2023 .
Enlaces externos
- Gestor de arranque - Wiki de OSDev
- Cargadores de arranque