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bootloader存在的意义是什么？
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bootloader的存在意义就是加载操作系统 先提个问题：古代在悬崖间搭铁索桥是怎么搭的？单根铁索重达数百斤甚至数吨，没有直升机没有船，怎么搭过去？ 答案是先用一条很细的线绑在箭上，把箭射到对面。然后用这根细线拉一根绳子过去，再用绳子把铁索拉过去，最后在若干根铁索之间铺桥板。如果距离比较远的话，可能中间还要先拉细绳，再拉粗绳。  例如著名的泸定桥就是用类似的方案搭建的，根据记载是先拉了两根粗绳，然后在粗绳绑上横木和竹筒，用竹筒把单根数吨重的铁索拉到对岸。  现代PC引导操作系统也是类似，分为多个阶段进行引导（以传统的BIOS+MBR方式为例）： BIOS-细线：CPU以实模式启动，执行复位向量(Reset vector)的指令，通常指向0xFFFF0（32位）或者0xFFFFFFF0（64位），这个地址是主板ROM上的BIOS/UEFI入口。加载BIOS后，执行一系列硬件的初始化、自检。第一阶段启动-细绳：BIOS从启动设备列表中按顺序查询，直到查询到一个可以用来启动操作系统的存储设备。以硬盘为例，第一个扇区（0扇区）以0x55AA结束的硬盘被认为是可以启动某个操作系统的（引导签名）。这个扇区就是MBR(Master Boot Record，主引导记录)。传统硬盘的扇区大小是512字节，然后要留出4×16=64字节的主分区记录和2字节的引导签名，所以引导程序最多只有446字节。不同的操作系统对MBR的定义会有一些细节上的差异，例如微软Win9x的DOS 7.1为了支持FAT32、LBA以及加入磁盘时间戳和签名，引导程序只剩下423字节。因此微软对DOS 7.1的引导做了很多限制，例如要求启动文件位于磁盘的特定位置，并且必须连续存放。即便这样，引导程序也只能加载前三个扇区并执行，由这三个扇区上的程序负责把这个文件剩下的数据从硬盘载入内存并执行。第二阶段启动-粗绳：某些操作系统或者启动技术允许启动多个不同的操作系统，MBR上的引导程序查询设置为启动分区的主分区记录，并加载该分区上的第一个扇区上的引导程序。这个扇区就是VBR(Volume Boot Record，卷引导记录)。某些操作系统则是把第二阶段的启动程序保存在特定的文件中，例如Windows NT的ntldr（5.x及之前版本）或bootmgr（6.x及之后版本）。某些启动技术则是支持把启动程序放在第一阶段或者第二阶段，例如安装Linux的时候经常会询问用户把GRUB安装在MBR还是/boot所在分区的第一扇区。一般来说第二阶段加载的启动程序可以比较大，足以完成加载完整的操作系统内核并执行了，甚至可以提供启动列表供用户选择以启动多个不同的操作系统。操作系统-铁索：加载并执行操作系统内核以及启动各种服务。例如Windows 9x及之前版本的http://win.com、Windows NT的ntoskrnl.exe（5.x及之前版本）或者winload.exe（6.x及之后版本）、Linux的vmlinuz。bootloader通常就位于第二阶段，它的存在意义就是因为MBR只有400多字节的代码不足以完成操作系统内核的加载和引导操作，所以用一个比系统内核更小可以由MBR加载并引导，但又比MBR更大可以容纳下加载并引导操作系统内核的代码的这么一段程序。 随着UEFI的流行，UEFI的功能更强大，主板上可以用更大的ROM存储，理论上是可以由UEFI跳过bootloader直接启动操作系统内核的，例如Windows的WSL2就可以直接加载wsl2磁盘外的内核。不过为了兼容性和标准化，还是让UEFI加载硬盘上的ESP分区上的bootloader，并由bootloader来加载操作系统内核。 |
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