千难万难启动最难系列（二）
从MBR到登录（NT 5.x 篇)
上一篇文章介绍了从计算机通电到BIOS加载MBR的过程。从MBR开始各种系统不同，从这篇起分别介绍各种系统的详细过程。
本篇文章主要介绍NT 5.x(Windows XP)的启动过程。
下面先介绍启动过程设计的组件：
下面开始介绍具体过程：
物理磁盘是按扇区（sector）的单元来寻址的，通常情况下，一个硬盘扇区的大小为512B。硬盘的第一个扇区的数据被称为主引导记录（MBR）。MBR包含了固定数量的空间，其中可执行的指令（引导代码）和一章表（分区表）。分区表有4个表项，分别记录了该磁盘的主分区的信息。
BIOS 加载MBR到内存，开始执行MBR的执行代码。MBR的代码开始扫描主分区表，直到一个可引导分区（就是所谓的活动分区）。这种分区被Windows称为引导分区（boot partition）,它的第一个扇区称为引导扇区(boot sector)，针对引导分区而定义的卷成为系统卷（system volume）。请记住这几个概念，并注意区别分区和卷。MBR将引导扇区代码读入内存，并将控制权交给引导扇区的代码。
引导扇区的代码的职责是，给Windows提供有关卷的结构和格式方面的信息，并且从该卷的根目录中读入Ntldr文件（请记住是根目录，因为引导扇区包含的代码恰好足够能够从根目录读取文件）。由于引导扇区含有文件系统格式的代码，所以不同的分区格式的引导扇区代码不同。
引导扇区代码将Ntldr加载到内存中以后，控制权交给Ntldr。这时系统还处于16位实模式（real mode），Ntldr采取的第一个动作是，将系统切到保护模式（protected mode）。但是此时并没有从虚拟地址到物理地址的翻译，这个时候已经可以访问完整的32位内存。在系统进入保护模式后，Ntldr创建足够的页表使得16M以下的内存通过分页机制可以访问到。最后Ntldr打开分页机制。带有分页机制的保护模式，正式Windows正常情况执行程序的情况。
Ntldr启动分页机制后，仍然依赖于引导代码提供的函数来访问基于IDE系统，以及磁盘和显示器。引导代码函数会暂时关闭分页机制，将处理器切回实模式，一般执行BIOS的服务。如果引导磁盘是SCSI硬盘，Ntldr会加载一个Ntbootdd.sys的文件来访问磁盘。
Ntldr利用内置的文件系统代码，从根目录下读入boot.ini文件，与引导扇区代码不同，Ntldr内置的文件系代码已经可以读取子目录。
Ntldr清除屏幕。如果系统卷的根目录下有一个Hiberfil.sys文件。那么，它将该文件读入内存，将控制权转交到恢复休眠系统的内核代码。如果在boot.ini有多个引导选项，那么它将向展示一个引导选择菜单（如果只有一个，Ntldr将绕过菜单，继续显示启动进度条）。Boot.ini的选择项告诉Ntldr，被选中的Windows系统目录在哪个分区上。
如果在Boot.ini文件中制定的超时间到期以前，用户没有做出选择，那么Ntldr将选择默认选项。一旦选择项已经确定下来，Ntldr加载执行Ntdetect.com，这是一个16位16位实模式程序，它使用BIOS来查询系统的基本设备和配置信息。这些信息将被保存到内部数据结构中，到引导过程的后期，它们将被保存到注册表中。
Ntldr将清楚屏幕，显示启动Windows的进度条，此进度条仍然是空的。截下来Ntldr从引导卷（boot volume）（注意和开始的引导分区区别开）加载必要文件，以便于开始内核初始化。引导卷就是被引导的系统的系统目录（Windows目录）所在分区的那个卷。这里Ntldr将开始做一下步骤：
- 加载内核和HAL映像(Ntoskrnl.exe和Hal.dll)。
- 读入SYSTEM注册表储槽，确定需要加载哪些驱动
- 扫描内存中的SYSTEM注册表储槽，找到所有的引导设备驱动程序。
- 在将要加载的引导驱动程序中，加入为访问系统目录所需的文件系统驱动程序。
- 加载驱动程序
- 准备CPU寄存器，一般执行Ntoskrnl.exe.这是Ntldr在引导过程中最后的任务。
最后Ntoskrnl开始执行系统初始化。进度条开始移动，中间大约要进行33个步骤，限于篇幅不再一一赘述,只指出几个关键的地方：
在启动进度条25%到75%的过程中，是Windows启动中最复杂的阶段，主要进行IO管理器的初始化，每成功加载一个驱动程序引导进度增加2%（最多到75%）。
在启动最后阶段，会创建会话字系统(Smss)进程。Smss负责创建用户模式环境，由用户模式环境向Windows提供可视的界面。
Smss是一个原生应用程序，是操作系统最可信的部分，它并不使用Windows API，因为Smss启动的时候，Windows 子系统尚未执行。Smss会初始化注册表，加载Windows 子系统的内核模式部分（win32k.sys),然后Smss启动子系统进程（包括Windows 子系统Csrss),最后启动登录进程(Winlogon)。
Winlogon负责用户登录过程。
总结NT 5.x的启动流程：MBR->启动扇区（boot sector）->Ntldr->Ntoskrnl->Smss->Winlogon。
特别申明：本文参考了 Windows Internals 4th edition
