Boot-Vorgang

Was ist ein Boot-Vorgang?

Beim Booten (Hochfahren oder Starten) eines Computers wird ein Betriebssystem (OS) in den Arbeitsspeicher oder RAM des Computers geladen. Sobald das Betriebssystem geladen ist (auf einem PC sehen Sie beispielsweise den ersten Windows- oder macOS-Desktop-Bildschirm), kann der Benutzer Anwendungen ausführen.

Manchmal wird der Benutzer angewiesen, das Betriebssystem neu zu starten, wodurch das Betriebssystem neu geladen wird. Die bekannteste Methode zum Neustart von PCs ist das gleichzeitige Drücken der Tasten Strg, Alt und Entf.

Bei größeren Computern (einschließlich Mainframes) lautet der entsprechende Begriff für Boot Initial Program Load (IPL), für Reboot ist es Re-IPL. Boot wird auch als Substantiv für den Vorgang des Bootens verwendet, zum Beispiel für einen Systemstart.

Was ist Bootstrap?

Der Begriff „booten“ leitet sich von Bootstrap ab, einem kleinen Riemen oder einer Schlaufe an der Rückseite eines Lederstiefels, mit dem man den Stiefel anziehen kann. Es gibt auch den Ausdruck pulling yourself up by your own bootstraps (sich an den eigenen Stiefeln hochziehen), was bedeutet, aus bescheidenen Anfängen heraus Erfolg zu haben. Das Booten eines Betriebssystems funktioniert, indem ein kleines Programm in den Computer geladen wird, das dann die Kontrolle darüber erhält, so dass es wiederum das gesamte Betriebssystem lädt.

Das Booten oder Laden eines Betriebssystems unterscheidet sich von der Installation, die im Allgemeinen ein einmaliger Vorgang ist. Heutzutage wird auf den meisten Computern ein Betriebssystem vorinstalliert. Die Benutzer können aber auch ein anderes Betriebssystem installieren, das mit der Computerhardware kompatibel ist.

Bei der Installation eines Betriebssystems werden die Benutzer möglicherweise aufgefordert, bestimmte Optionen oder Konfigurationsmöglichkeiten anzugeben. Am Ende der Installation ist das Betriebssystem auf einer Festplatte oder einem Solid-State-Laufwerk gespeichert und kann in den Arbeitsspeicher (RAM) gebootet (geladen) werden. Der Memory eines Computers befindet sich näher am Mikroprozessor und ist im Vergleich zum Zugriff auf Daten auf Storage-Laufwerken schneller. Wenn ein Betriebssystem installiert wird, ist es in der Regel so eingerichtet, dass beim Einschalten des Computers auch das System automatisch gebootet wird.

Wenn keine Memory-Ressourcen mehr zur Verfügung stehen oder ein Anwendungsprogramm auf einen Fehler stößt, kann eine Fehlermeldung erscheinen oder der Bildschirm einfrieren, was den weiteren Betrieb verhindert. In solchen Fällen kann es erforderlich sein, das Betriebssystem neu zu starten.

Was ist ein Bootloader?

Ein Bootloader ist ein Programm, das auf einem Computer oder Gerät ausgeführt wird, bevor das Betriebssystem gestartet wird. Seine Hauptaufgabe besteht darin, den Betriebssystemkern in den Memory zu laden und zu starten.

Der Bootloader ist in der Regel in der Firmware des Geräts gespeichert, zum Beispiel im BIOS oder im Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) oder in einer speziellen Boot-Partition auf dem Storage-Gerät. Wenn der Computer startet, sucht die Firmware nach dem Bootloader und lädt ihn in den Memory. Sobald sich der Bootloader im Memory befindet, übernimmt er die Kontrolle über den Boot-Vorgang und lädt den Betriebssystemkern.

Einige Bootloader, wie zum Beispiel Grand Unified Bootloader oder Linux Loader, bieten auch ein Menü, in dem der Benutzer auswählen kann, welches Betriebssystem gebootet werden soll, oder verschiedene Optionen oder Konfigurationen auswählen kann.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Begriff Bootloader hauptsächlich im Zusammenhang mit herkömmlichen Computern und Servern verwendet wird. Dennoch gibt es das Konzept des Bootloaders auch in eingebetteten Systemen, mobilen Geräten, IoT-Geräten oder anderen eingebetteten Systemen.

Was ist ein Boot-Menü?

Ein Boot-Menü ist ein Menü, das vom Bootloader beim Hochfahren eines Computers angezeigt werden kann. Es enthält in der Regel eine Liste von Boot-fähigen Geräten oder Betriebssystemen, aus denen der Benutzer eine Auswahl treffen kann. Der Benutzer kann eine der Optionen auswählen, um den Startvorgang fortzusetzen und das entsprechende Betriebssystem zu laden.

Das Boot-Menü kann es dem Benutzer ermöglichen, ein Betriebssystem oder ein Boot-Gerät auszuwählen, das von den Standardeinstellungen abweicht, oder andere Optionen oder Konfigurationen zu wählen. So kann beispielsweise ein anderes Betriebssystem zum Booten ausgewählt werden, wenn auf dem Computer mehrere Betriebssysteme installiert sind.

Eine Auflistung des Startmenüs kann Optionen wie die folgenden enthalten:

• Windows
• Linux
• Netzwerk-Boot
• Rettungsmodus

In einigen Fällen bietet das Boot-Menü auch erweiterte Optionen wie den abgesicherten Modus, den Wiederherstellungsmodus oder eine Befehlszeilenschnittstelle.

Wie das Booten funktioniert

Dieses Verfahren kann bei macOS, Linux-Distributionen oder anderen Betriebssystemen leicht abweichen.

Wenn ein Computer eingeschaltet wird, wurde das Betriebssystem wahrscheinlich so eingerichtet, dass es automatisch in dieser Reihenfolge startet:

1. Sobald der Computer eingeschaltet wird, wird das BIOS auf dem ROM-Chip (Read-Only Memory) des Systems aufgeweckt und übernimmt das Kommando. Das BIOS ist bereits geladen, da es in den ROM-Chip integriert ist. Im Gegensatz zum RAM wird der ROM-Inhalt nicht gelöscht, wenn der Computer ausgeschaltet wird.

2. Das BIOS führt zunächst einen Selbsttest beim Einschalten durch, um sicherzustellen, dass alle Komponenten betriebsbereit sind. Dann sucht das BIOS-Boot-Programm nach den speziellen Boot-Programmen, die das Betriebssystem von der Festplatte laden.

3. Der Boot-Prozess durchsucht alle möglichen Storage-Konfigurationen, bis er den spezifischen Ort findet, an dem sich die Boot-Dateien des Betriebssystems befinden.

4. Nachdem das BIOS das Laufwerk identifiziert hat, auf dem sich die Boot-Dateien befinden, untersucht es den ersten Sektor und kopiert Informationen aus diesem Sektor an bestimmte Stellen im RAM. Diese Informationen werden als Boot Record oder Master Boot Record bezeichnet.

5. Der Boot Record wird dann an eine bestimmte Stelle im RAM geladen (hexadezimale Adresse 7C00).

6. Der Boot Record enthält ein Programm, zu dem das BIOS nun verzweigt, um dem Boot Record die Kontrolle über den Computer zu geben.

7. Der Boot Record lädt die erste Systemdatei von der Diskette oder Festplatte in den RAM.

8. Der Rest des Betriebssystems wird dann in den RAM geladen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Boot Record nicht mehr benötigt und kann mit anderen Daten überlagert werden.

9. Die Initialdatei lädt eine Systemdatei, die weiß, wie sie mit dem BIOS zusammenarbeitet.

10. Eine der ersten Betriebssystemdateien, die geladen wird, ist eine Systemkonfigurationsdatei, die dem Ladeprogramm mitteilt, welche spezifischen Betriebssystemdateien benötigt werden, wie zum Beispiel ein Gerätetreiber.

11. Eine weitere spezielle Datei gibt an, welche spezifischen Anwendungen oder Befehle der Benutzer als Teil des Boot-Vorgangs einbeziehen oder ausführen lassen möchte. Unter DOS heißt diese Datei autoexec.bat, unter Windows heißt sie win.ini.

12. Nachdem alle Betriebssystemdateien geladen worden sind, steuert das Betriebssystem den Computer. Es führt die angeforderten ersten Befehle aus und wartet auf die ersten interaktiven Benutzereingaben.