Der Startprozess Windows XP

DSCC – Berlin
Deutscher Senioren-Computer-Club Berlin e.V.
Interessengruppe Windows XP - Leitung Eberhard Thieme
HT331 Windows XP Hilfethema / 3. Systemsteuerung und Computerverwaltung /
3.3 Der Startprozess bei Windows - neu bearbeitet von Eberhard Thieme im April 2009
3.31 Startprozess Windows XP
Die meisten Störungen von Windows XP stellen sich während des Startprozesses ein. Für die Fehlersuche ist deshalb ein gutes Wissen über die Vorgänge beim Start des Betriebssystems nützlich.
Hier soll jedoch nicht die Fehlersuche behandelt, sondern Wissen über die Vorgänge vermittelt werden, die während des Systemstarts ablaufen.
Vor dem Laden der ersten Datei des Betriebssystems ist bereits mit dem Einschalten des Computers, ein umfangreicher Prozess abgelaufen, der auch noch nicht zu Ende ist, wenn die DesktopOberfläche mit dem Windows XP Willkommens-Logo erscheint. In diesen minutenlangen Prozessablauf sind Hunderte von Operationen notwendig.
Motherboard und BIOS
Die Aussage „Er bootet nicht" kann viele Ursachen haben. Das kann schon am Motherboard liegen,
weil irgend ein Chip seine Aufgaben nicht erfüllt. Das sind Hardwareprobleme. Es kann auch sein,
dass kein Netzzugang vorhanden ist. Das kann am Netzteil liegen, das seinen Dienst aufgegeben hat.
Eventuell sind weitere Hardwarekomponenten gestört, auf die eine Bildschirmanzeige hinweist. Pieptöne zeigen an, dass das BIOS gestört ist. Auch auf diese Signale sollte geachtet werden. Über Funktionen des BIOS kann im Thema 3.34 Das BIOS nachgelesen werden. Das BIOS hat die Aufgabe,
Hardware zu überprüfen, den Arbeitsspeicher (RAM) zu testen, Ressourcen zu verteilen und die
Startpartition mit dem Bootsektor zu suchen. Ist diese gefunden, übergibt das BIOS den weiteren Verlauf an den Bootsektor, der sich sowohl auf einer Festplattenpartition, auf einem CD/DVD-ROMLaufwerk oder auch auf einem USB-Stick befinden kann. Das BIOS findet den Bootsektor normalerweise gemäß der eingestellten Priorität (Reihenfolge) im Advanced BIOS Feature Setup.
Start des Bootprozesses
Hier soll in kurzer Darstellung der Ablauf der ersten Minuten des Startprozesses dargestellt werden.
Eine ausführliche Beschreibung der Funktionsweise der Komponenten (Treiber und Dienste) des
Startprozesses erfolgt im Thema 3.32 Windows XP Systemkern wird geladen.
Master Boot Record (MBR)
Der Pfadfinder für den Start des Betriebssystems ist der Master Boot Record (MBR). Er leitet den
Bootprozess ein. Bei Computern mit der Windows XP Konfiguration (x86-Architektur) befindet sich der
MBR als erster Datenblock auf der als primär und aktiv definierten Partition des Datenträgers (Disk 0
Partition 1 einer partitionierten Festplatte). Er besteht aus einem Code von 516 Byte in hexadezimalen
Zeichen, der für den normalen Benutzer nicht zugänglich ist. Er enthält den Boot – Loader, die Partitions- Tabelle (Partition Boot Record = PBR) mit Zahl und Typ der Partitionen, sowie die Signaturen
der Festplatte und des MBR. Selbst startende (bootable) CD/DVD, USB oder Disketten haben keinen
MBR. Hier wird der erste Datenblock als Bootsektor oder auch als Boot Record bezeichnet. Betriebssysteme müssen nicht auf der gleichen Partition installiert werden, auf der sich der MBR befindet. (Bei
Windows Vista gibt es beim Systemstart einen anderen Prozessverlauf.)
Der MBR hat folgende Aufgaben zu erfüllen:
Den physikalischen Platz des Bootsektors und das Dateisystem zu identifizieren,
mit Hilfe der Partitions-Tabelle das startfähige Betriebssystem zu finden,
sich selbst und die Systemstart-Dateien in den Arbeitspeicher (RAM) einzutragen, um von
dort aus weiter wirken zu können,
dem Prozessor (CPU) das Bootsektor-Dateisystem mitzuteilen,
das Bootsektor-Dateisystem zu starten.
Außerdem enthält der MBR Signaturen für Fehler (Error: Missing Operating System, u.a.) die auf
dem Bildschirm angezeigt werden und somit die Fehlersuche erleichtern.
Laden und Initialisieren des Betriebssystems - NT-Loader
Der MBR lädt mit dem Bootloader unter Einbeziehung der PBR aus dem Hauptverzeichnis (Root)
die Systemdatei ntldr (New Technology Loader). Diese Systemdatei ist eine der wichtigsten Dateien
im Startprozess. Wenn sie fehlt, findet kein Systemstart statt (Anzeige: ntldr nicht gefunden.) Der NTLoader leitet den Systemstart ein:
3.31 Startprozess Windows XP - Seite 2
Er stellt das vorhanden Dateisystem (FAT32, NTFS) und die eingerichteten Partitionen fest,
lädt das Hilfsprogramm ntdetect.com, das Basisinformationen über die HardwareRessourcen enthält. Dieses informiert und lädt
•
die Einstellungen, wie etwa Uhrzeit und Datum,
•
den Typ des Bussystems und periphere Geräte, Grafikkarten, Tastatur.
•
die Kommunikationsanschlüsse,
•
die Festplatten und Diskettenlaufwerke,
•
die Input-Geräte wie beispielsweise Mäuse,
•
die Parallel-Anschlüsse und Geräte, die an USB angeschlossen sind. Danach
wird der weitere Systemstart vom NT-Loader fortgesetzt:
er liest die Systemdatei boot.ini, (Thema 3.36)
zeigt die Bootauswahl an (z. B. bei mehreren Betriebssystemen),
lädt die hal.dll (Hardware Abstraktion Layer) des jeweiligen Betriebssystems in den RAM,
liest die Registry-Einträge des Schlüssels HKEY_LOKAL_MACHINE\SYSTEM,
legt den Speicherbereich der Auslagerungsdatei (Pagefile) fest,
lädt weitere Basistreiber (ntoskrnl.exe, pciidex.sys, intelide.sys u.a. wichtige Dienste),
übergibt die weitere Operation des Systemstarts an die Kernsystemdatei ntoskrnl.exe.
In der ersten Phase des Startprozesses, die als Real Modus (DOS-Basis) bezeichnet wird, werden
fehlende oder beschädigte Systemdateien (z. B. ntldr, hal.dll) mit weißer Schrift auf schwarzem Bildschirm angezeigt. Es ist noch möglich, das System im „Abgesicherten Modus“ [F8] (Thema 3.23) zu
starten, jedoch nicht, wenn der NT-Loader (ntldr) fehlt. Im „Abgesicherten Modus“ kann die Option der
Startprotokollierung aktiviert werden. Dieses Protokoll wird im Windows-Verzeichnis als ntbtlog.txt gespeichert und kann mit einem Editor geöffnet werden. Dort sind alle geladenen und auch die nicht geladenen Treiber aufgelistet. Beim Startprozess sind bis jetzt weniger als 20 Sekunden vergangen.
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Start der Basis des Betriebssystems
Die Konfiguration des Betriebssystems erfolgt auf der Basis des Systemkerns, dem Herzstück des
Betriebssystems (ntoskrnl.exe - kernel – auf deutsch: Kern). Es erfolgt mit der Initialisierung von
ntoskrnl.exe der Übergang zur zweiten Phase des Startprozesses, dem Protected Modus. Damit ist
der direkte Zugriff von Software auf Hardwarekomponenten nicht mehr möglich. Das heißt, dass die
Konfiguration der Zugriffsberechtigungen (IRQ – Interupts) durch das Betriebssystem gesteuert wird.
Der Systemkern übernimmt und verwaltet folgende Operationen (s.a. Thema 3.32 Windows Systemkern wird geladen):
•
Die in der Datei hal.dll enthaltenen Informationen für die Konfiguration der im jeweiligem
Computer installierten Hardwareumgebung werden initialisiert,
• die Kernel-Subsysteme. wie Session-Manager, Checkdisk werden geladen und initialisiert,
• nach dem Laden der Registry wird der Registry-Schlüssel
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services ausgelesen und die dort
verzeichneten Dienste und Treiber entsprechend der gegebenen Rangfolge (siehe
ntbtlog.txt) initialisiert,
• die im Prefetch gespeicherten Dateien werden in den Arbeitsspeicher geladen (systemgesteuerte optimale Speicherung häufig gebrauchter Dateisysteme im Ordner Windows\prefetch auf der Festplatte),
• laden der Auslagerungsdatei (Pagefile),
• laden der letzten Einstellung des Monitors,
• laden der Autostartprogramme und automatisch startenden Dienste,
• laden der Desktopoberfläche, des Windows Explorers (Shell)
• laden der Winlogon.exe und Anzeige des Willkommensbildschirms.
Der Kern des Betriebssystems kommuniziert mit der hal.dll (Hardware Abstraktion Layer), in der
sich der Code für die Zusammenarbeit zwischen Hardware und Betriebssystem befindet. Nachdem die
Treiber und Dienste des höchsten Ranges (Kernelsubsysteme) geladen wurden, werden weitere Systemdateien der unteren Ränge initialisiert. Es ist möglich, dass sowohl im oberen wie im unteren Rang
der geladenen und initialisierten Treiber und Dienste Systemdateien fehlen, überschrieben oder beschädigt sind. Ist dies der Fall, kann es Probleme geben, die typisch mit STOP ERROR oder gar mit
dem gefürchteten Blue Screen of Death (Blauer Bildschirm mit STOP) angezeigt werden. Mit dem Öffnen des Willkommensbildschirms und der Anzeige des Benutzerdisplays ist zwar der Bootprozess
nach etwa 30 bis 50 Sekunden abgeschlossen, jedoch das Betriebssystem noch nicht arbeitsfähig.
Erst nach dem Laden der Benutzereinstellungen (Thema 2.5) kann mit dem Betriebssystem endlich
gearbeitet werden.
Das dauert auch noch einmal 10 bis 20 Sekunden.