Was ist ein Bootloader? Wie funktioniert ein Bootloader?

Eskere Guru

Ein Bootloader ist für Betriebssysteme sehr wichtig. Es wird jedoch häufig als Schlüsselkomponente von Computern übersehen. Dies liegt daran, dass es seine Rolle im Hintergrund spielt und dabei hilft, das richtige Betriebssystem zu aktivieren. Auf den meisten Prozessorkarten unserer Geräte sind Programme vorinstalliert. Diese Programme werden als Bootloader bezeichnet.

Dieser Artikel erklärt, was ein Bootloader ist und wie er funktioniert. Wenn Sie wissen möchten, was ein Bootloader ist und wie er funktioniert, ist dieser Artikel genau das Richtige für Sie.

Was ist ein Bootloader?

Im eingeschalteten Zustand hat ein Computer einen eindeutigen Status. Dies bedeutet, dass sich keine Programme in seinem Speicher befinden und dass nicht auf seine Komponenten zugegriffen werden kann.

Ein Bootloader hilft beim Laden des Betriebssystems oder der Laufzeitumgebung, um Programme zum Speicher hinzuzufügen und den Zugriff für Komponenten zu ermöglichen. Es ist erforderlich, um den Startvorgang auszuführen, die Hardware zu initialisieren und die Steuerung an den Kernel zu übergeben, der das Betriebssystem initialisiert.

BIOS

Zu den Schlüsselkomponenten eines Bootloaders gehört das grundlegende Ein- / Ausgabesystem (BIOS) sowie die Firmware, die sich im Nur-Lese-Speicher (ROM) eines PCs befindet. Wenn der PC eingeschaltet ist, wird das BIOS ausgeführt, bevor ein anderes Programm ausgeführt wird.

Das BIOS besteht aus folgenden Elementen:

  • POST (Selbsttest beim Einschalten)
  • Boot Sector Loader
  • BIOS-Interrupts
  • Einstellungsmenü

Das Setup-Menü hilft beim Anpassen der Parameter des Bootloaders. Moderne BIOS-Versionen werden verwendet, um verschiedene Parameter einzustellen. Dies schließt die Startreihenfolge ein, die die Geräte bestimmt, die das BIOS vor dem Booten überprüft.

Der Bootsektor-Loader lädt den ersten 512-Byte-Sektor von der Bootdiskette in den RAM. Es wird benötigt, damit der erste verfügbare Speicherblock oder Sektor im Medium für den Datensatz reserviert wird.

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BIOS-Interrupts sind Gerätetreiber, auf die sich Bootloader verlassen, um auf Bildschirm, Tastatur und Festplatten zuzugreifen. Nicht alle Betriebssysteme verwenden BIOS-Interrupts.

Neben dem BIOS gibt es Erweiterungs-ROMs. Das Haupt-BIOS startet möglicherweise die Erweiterungs-ROMs.

Der Bootloader besteht normalerweise aus drei Programmen:

  • Ein Bootsektorprogramm, das beim Booten direkt vom BIOS geladen wird
  • Ein Programm der zweiten Stufe, das vom Bootsektorprogramm geladen wird, um den Bootvorgang abzuschließen
  • Ein Bootloader-Installationsprogramm zum Installieren des Bootloaders und des Programms der zweiten Stufe auf der Bootdiskette.

UEFI-BIOS

Die sich wandelnden Anforderungen der Computerbenutzer haben zur Schaffung eines modernen BIOS-Nachfolgers geführt.

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) ist ein Mini-Betriebssystem, das den Bootloader in den Speicher lädt, bevor er zusätzliche Betriebsroutinen ausführt.

Obwohl es einige Ähnlichkeiten mit dem BIOS aufweist, haben einige wesentliche Unterschiede dazu geführt, dass viele UEFI eher als Erweiterung als als Ersatz für ein herkömmliches BIOS betrachten.

Einer der Hauptunterschiede zwischen UEFI und BIOS besteht darin, wie UEFI eine Betriebsschnittstelle für Computer bereitstellt und neue Mechanismen und Funktionen verwendet. Während UEFI nicht definiert, wie die Firmware vollständig programmiert werden soll, beeinflusst es außerdem die Schnittstelle zwischen der Firmware und dem Betriebssystem.

Das UEFI-Programm befindet sich permanent auf einem Speicherchip auf der Hauptplatine. Dies bedeutet, dass es auch dann erhalten bleibt, wenn kein Strom vorhanden ist. Eine eindeutige Betriebsschicht wird verwendet, um zwischen der Firmware und dem Betriebssystem zu kommunizieren. Der UEFI-Modus kann vor dem Start des Betriebssystems initialisiert werden.

Einige der wichtigsten Vorteile von UEFI sind:

  • Für die Netzwerkfunktionalität ist kein aktives Betriebssystem erforderlich
  • Bessere Benutzerfreundlichkeit durch Verwendung einer Computermaus und einer grafischen Benutzeroberfläche
  • Verbesserte Sicherheit durch die Secure Boot-Funktion
  • Eine flexible modulare Struktur, die die Anpassung an spezielle Hardwareumgebungen und Anforderungsprofile erleichtert
  • Bootmanager, der verschiedene Bootloader für verschiedene Betriebssysteme verwaltet
  • Ein Befehlszeilentool zur Durchführung von Diagnose und Fehlerbehebung

Der Zweck von Secure Boot besteht darin, die Sicherheit zu verbessern. Teile der UEFI-Firmware, des Bootloaders und des Betriebssystemkerns müssen vor dem Start überprüft werden. Die Komponenten werden mithilfe kryptografischer digitaler Signaturen in der Signaturdatenbank der UEFI-Firmware überprüft. Der Systemstart kann abgebrochen werden, wenn die Sicherheitsüberprüfung nicht bestanden wird.

In professionellen Umgebungen wird Secure Boot normalerweise mit einer Hardwarekomponente verwendet. Das Trusted Platform Module (TPM) ist eine Schlüsselkomponente von Secure Boot und bietet Sicherheitsfunktionen für Computer.

Im Vergleich zur herkömmlichen Boot-Methode für ältere BIOS-Systeme können mit UEFI die folgenden Vorteile erzielt werden, und GPT bietet die folgenden Vorteile:

  • Ermöglicht die gleichzeitige Installation mehrerer Betriebssysteme mit eigenen Bootmanagern.
  • Startet schneller als ältere BIOS-Systeme
  • Unterstützt Pre-Boot-Anwendungen

Heutzutage wird ein NVRAM (nichtflüchtiger Direktzugriffsspeicher) für bootbezogene Einstellungen verwendet. Die Einstellungen werden nach dem Ausschalten des Computers gespeichert. Eine kleine Menge Strom aus dem Motherboard-Akku wird verbraucht.

Wie funktioniert ein Bootloader?

Nach dem Einschalten eines Computers werden Informationen zur installierten Hardware auf dem Bildschirm angezeigt. Der Bootloader legt sein Betriebssystem im Speicher ab. Das grundlegende Ein- / Ausgabesystem (BIOS) führt Tests durch, bevor die Steuerung an den Master Boot Record (MBR) übertragen wird, der den Bootloader enthält.

Viele Bootloader sind so konfiguriert, dass Benutzer verschiedene Bootoptionen erhalten. Zu den Optionen gehören verschiedene Betriebssysteme, verschiedene Versionen desselben Betriebssystems, Optionen zum Laden des Betriebssystems und Programme, die ohne Betriebssystem ausgeführt werden.

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In bestimmten Fällen kann ein Gerät zwei Betriebssysteme haben. Auf diesen Geräten können Bootloader verwendet werden, um das richtige Betriebssystem zu starten, das Benutzer automatisch bevorzugen. Ein Bootloader kann auch verwendet werden, um das Betriebssystem zur Wiederherstellung in den abgesicherten Modus zu booten.

Sie können einen Bootloader verwenden, um ein Programm zu starten, ohne das Betriebssystem starten zu müssen. Dies kann bei Geräten wie Spielekonsolen hilfreich sein. Nachdem die Spiel-CD in die Konsole eingelegt und die Konsole eingeschaltet wurde, wird der Benutzer anstelle des Begrüßungsbildschirms direkt zum Spiel weitergeleitet.

Ausnahmen und Interrupts

Bootloader sind sehr wichtig für die Aufrechterhaltung der Sicherheits- und Softwarearchitektur. Ausnahmen und Interrupts können von Bootloadern und Anwendungen unterschiedlich behandelt werden. Die Methode, mit der Hardware und Software direkt miteinander verbunden werden, wirkt sich direkt auf die Funktionsweise der Ausnahmen und Interrupts und auf die Funktionalität des Bootloaders aus.