操作系统启动过程

1、通电后从主板ROM上读取BIOS，进行系统硬件自检

• BIOS烧录在主板的ROM上
• 硬件自检若出现故障，电脑会发出蜂鸣声

2、依照启动顺序将电脑控制权交给下一阶段启动程序

• 依照Boot Priority Order的顺序将控制权给下一个外部存储设备

3、读取主引导记录（MBR）

• 计算机读取该设备的第一个扇区（前512字节）主引导记录结构
  • 1-446字节：调用操作系统的机器码
  • 447-510字节：分区表
  • 511-512字节：主引导签名记录（0x550xAA），表明该设备适用于启动的
  分区表结构，分区表一共64字节，分成四个主分区，每一项（16字节）组成如下
  • 1字节：0x80表示该主分区为激活分区，控制权要交给它，四个主分区里面只能有一个是激活的。
  • 2-4字节：主分区第一个扇区所在物理位置（柱面、磁头、扇区号）
  • 5字节：主分区类型
  • 6-8字节：主分区最后一个扇区的物理位置
  • 9-12字节：主分区第一个扇区的逻辑地址
  • 13-16字节：主分区的扇区总数扇区总数决定了这个主分区的长度。也就是说，一个主分区的扇区总数最多不超过2的32次方。如果每个扇区为512个字节，就意味着单个分区最大不超过2TB。

4、硬盘启动

• 计算机的控制权交到存储设备（一般为硬盘）的某个分区

此处分为3种情况

• 卷引导记录计算机会读取激活分区的第一个扇区，叫做卷引导记录（VBR）。卷引导记录存有操作系统在这个分区里的位置
• 扩展分区和逻辑分区随着硬盘越来越大，四个主分区已经不够了，需要更多的分区。但是，分区表只有四项，因此规定有且仅有一个区可以被定义成”扩展分区”（Extended partition）。所谓”扩展分区”，就是指这个区里面又分成多个区。这种分区里面的分区，就叫做”逻辑分区”（logical partition）。具体过程看此处似乎很少通过这种方式启动操作系统。如果操作系统确实安装在扩展分区，一般采用下一种方式启动。​
• 启动管理器在这种情况下，计算机读取”主引导记录”前面446字节的机器码之后，不再把控制权转交给某一个分区，而是运行事先安装的”启动管理器”（boot loader），由用户选择启动哪一个操作系统。比如 grub

5、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。

以Linux系统为例，先载入/boot目录下面的kernel。内核加载成功后，第一个运行的程序是/sbin/init。它根据配置文件（Debian系统是/etc/initab）产生init进程。这是Linux启动后的第一个进程，pid进程编号为1，其他进程都是它的后代。然后，init线程加载系统的各个模块，比如窗口程序和网络程序，直至执行/bin/login程序，跳出登录界面，等待用户输入用户名和密码。

参考自阮一峰的网络日志

MBR和GPT

由于磁盘容量越来越大，传统的MBR分区表（主引导记录）已经不能满足大容量磁盘的需求。传统的MBR分区表只能识别磁盘前面的2.2TB左右的空间，对于后面的多余空间只能浪费掉了，而对于单盘4TB的磁盘，只能利用一半的容量。因此，才有了GPT（全局唯一标识分区表）。

GPT

GPT：GUID Partition Table

GTP分区格式则较为新颖，也是为了逐渐取代MBR而生。谈到GTP分区，就不得不说到UEFI(是什么的缩写？)，UEFI也是为了取代历史悠久的BIOS而出现的。GUID分区表格式，之所以被称作UEFI，是因为该分区格式为硬盘上的每一个分区都分配了“唯一”的数据标识符，或者称作”GUID”，意为一个随机长度的字符串，这样的随机性和长度组合，基本可以保障世界上每一个GPT的分区都不会相同。GPT分区没有MBR分区的限制，比如GPT的分区可以超越2TB的容量限制，并且分区的个数没有数量上限。而此时唯一的限制，就是操作系统对GPT分区的限制，比如，在WINDOWS系统条件下，GPT划分最多的分区数量为128，但是相应的，GPT分区也不再需要像MBR分区那样，为了多个分区而必须建立扩展分区。

兼容性

GPT分区通常为了保持对MBR分区的兼容性，从而包含一份所谓的”保护性MBR分区表“，这意味着如果你使用老版本的磁盘工具读取GPT分区，那么工具通常会将GPT分区视为一整块都是扩展分区的MBR硬盘。这一兼容机制是为了保证老版本的磁盘工具不会将GPT分区视为未分区磁盘，从而错误的为GPT重新进行MBR分区操作，而破坏原有数据。

参考自无聊小博

机械硬盘结构

机械硬盘主要由以下几部分组成：机械手臂（Boom）,磁头（Head）,转轴（Spindle），盘片（Platter）组成，在实际应用中又将盘片分成了磁道（Track），扇区（Sector）和柱面（Cylinder）。每一个盘片的结构如图

磁道

每个盘片的每个盘面被划分成多个狭窄的同心圆环，数据就是存储在这样的同心圆环上，我们将这样的圆环称为磁道(Track)，每个盘面可以划分多个磁道。在每个盘面的最外圈，离盘心最远的地方是“0”磁道，向盘心方向依次增长为1磁道，2磁道，等等。硬盘数据的存放就是从最外圈开始。

扇区

每个磁道划分成若干弧段，每段称为一个扇区(Sector)。扇区是硬盘上存储的物理单位。从DOS时代起，每扇区是128×22＝512字节，现在已经成了业界不成文的规定。另外扇区的编号是从1开始，而不是0。

柱面

柱面是抽象出来的一个逻辑概念，前面说过，离盘心最远的磁道为0磁道，依此往里为1磁道，2磁道，3磁道….，不同面上相同磁道编号则组成了一个圆柱面，即所称的柱面(Cylinder)。

簇

物理相邻的若干个扇区称为簇。操作系统读写磁盘的基本单位是扇区，而文件系统的基本单位是簇(Cluster)。在Windows下，随便找个几字节的文件，在其上面点击鼠标右键选择属性，看看实际大小与占用空间两项内容，如大小：15 字节 (15 字节)， 占用空间：4.00 KB (4，096 字节)。这里的占用空间就是你机器分区的簇大小，因为再小的文件都会占用空间，逻辑基本单位是4K，所以都会占用4K。 簇一般有这几类大小 4K，8K，16K，32K，64K等。簇越大存储性能越好，但空间浪费严重。簇越小性能相对越低，但空间利用率高。NTFS格式的文件系统簇的大小为4K。

参考自csdn博客