Was passiert genau, wenn Sie Ihren Computer einschalten?

Wenn Sie einen Computer einschalten, durchläuft er einen „Boot-Up“ -Prozess - ein Begriff, der aus dem Wort „Bootstrap“ stammt. Hier ist, was im Hintergrund passiert, egal ob Sie einen Windows-PC, einen Mac oder ein Linux-System verwenden.

Die Hardware wird eingeschaltet

Wenn Sie den Netzschalter drücken, versorgt der Computer seine Komponenten mit Strom - Motherboard, CPU, Festplatten, Solid-State-Laufwerke, Grafikprozessoren und alles andere im Computer.

Die Hardware, die Strom liefert, wird als „Stromversorgung“ bezeichnet. In einem typischen Desktop-PC sieht es aus wie eine Box an der Ecke des Gehäuses (der gelbe Gegenstand in der Abbildung oben). Hier wird der Wechselstrom angeschlossen Netzkabel.

Die CPU lädt die UEFI oder das BIOS

Jetzt, da es über Strom verfügt, initialisiert sich die CPU und sucht nach einem kleinen Programm, das normalerweise in einem Chip auf der Hauptplatine gespeichert ist.

In der Vergangenheit hat der PC ein sogenanntes BIOS (Basic Input / Output System) geladen. Auf modernen PCs lädt die CPU stattdessen UEFI-Firmware (Unified Extensible Firmware Interface). Dies ist ein moderner Ersatz für das alte BIOS. Einige Computerhersteller bezeichnen ihre UEFI-Software jedoch immer noch als "BIOS".

Die UEFI oder das BIOS testet und initialisiert die Hardware

Die BIOS- oder UEFI-Firmware lädt die Konfigurationseinstellungen von einem speziellen Ort auf dem Motherboard. Dies lag traditionell im Speicher, der durch eine CMOS-Batterie gesichert wurde. Wenn Sie einige grundlegende Einstellungen in Ihrem BIOS- oder UEFI-Einstellungsbildschirm ändern, werden Ihre benutzerdefinierten Einstellungen hier gespeichert.

Die CPU führt die UEFI oder das BIOS aus, die die Hardware Ihres Systems einschließlich der CPU selbst testen und initialisieren. Wenn Ihr Computer beispielsweise über keinen RAM verfügt, gibt er einen Piepton aus und zeigt einen Fehler an, der den Startvorgang anhält. Dies wird als POST-Prozess (Power On Self Test) bezeichnet.

Möglicherweise wird während dieses Vorgangs das Logo des PC-Herstellers auf Ihrem Bildschirm angezeigt. Sie können häufig auch eine Taste drücken, um von hier auf den Bildschirm mit den BIOS- oder UEFI-Einstellungen zuzugreifen. Viele moderne PCs durchlaufen diesen Prozess jedoch so schnell, dass sie sich nicht die Mühe machen, ein Logo anzuzeigen, und den Zugriff auf ihren UEFI-Einstellungsbildschirm über das Windows-Startoptionen-Menü benötigen.

UEFI kann viel mehr als nur die Hardware initialisieren. Es ist wirklich ein winziges Betriebssystem. Beispielsweise haben Intel-CPUs die Intel Management Engine. Dies bietet eine Vielzahl von Funktionen, einschließlich der Aktivierung der Active Management Technology von Intel, die die Remote-Verwaltung von Business-PCs ermöglicht.

Die UEFI oder das BIOS gibt ein Startgerät ab

Nachdem Sie Ihre Hardware getestet und initialisiert haben, übergibt die UEFI oder das BIOS das Booten Ihres PCs vom Bootloader Ihres Betriebssystems.

Die UEFI oder das BIOS sucht nach einem "Startgerät", von dem aus Ihr Betriebssystem gestartet werden kann. Dies ist normalerweise die Festplatte oder das Solid-State-Laufwerk Ihres Computers, es kann sich jedoch auch um eine CD, DVD, ein USB-Laufwerk oder einen Netzwerkspeicherort handeln. Das Startgerät kann im UEFI- oder BIOS-Setup-Bildschirm konfiguriert werden. Wenn Sie über mehrere Startgeräte verfügen, versucht die UEFI oder das BIOS, den Startvorgang in der angegebenen Reihenfolge an sie weiterzugeben. Wenn Sie zum Beispiel eine startfähige DVD in Ihrem optischen Laufwerk haben, versucht das System möglicherweise, von dieser zu starten, bevor es von Ihrer Festplatte aus startet.

Üblicherweise hat ein BIOS den MBR (Master Boot Record) untersucht, einen speziellen Boot-Sektor am Anfang einer Platte. Der MBR enthält Code, mit dem der Rest des Betriebssystems geladen wird, der als "Bootloader" bezeichnet wird. Das BIOS führt den Bootloader aus, der ihn von dort übernimmt und das eigentliche Betriebssystem startet, beispielsweise Windows oder Linux.

Computer mit UEFI können immer noch diese alte MBR-Startmethode zum Starten eines Betriebssystems verwenden. Normalerweise verwenden sie jedoch eine so genannte EFI-Programmdatei. Diese müssen nicht am Anfang einer Platte gespeichert werden. Stattdessen werden sie auf einer so genannten EFI-Systempartition gespeichert.

In beiden Fällen ist das Prinzip dasselbe: Das BIOS oder UEFI untersucht ein Speichergerät auf Ihrem System, um nach einem kleinen Programm zu suchen, entweder im MBR oder auf einer EFI-Systempartition, und führt es aus. Wenn kein startfähiges Startgerät vorhanden ist, schlägt der Startvorgang fehl, und auf dem Display wird eine Fehlermeldung angezeigt.

Auf modernen PCs ist die UEFI-Firmware im Allgemeinen für „Secure Boot“ konfiguriert. Dadurch wird sichergestellt, dass das Betriebssystem, das gestartet wird, nicht manipuliert wurde und keine Malware auf niedriger Stufe lädt. Wenn der sichere Start aktiviert ist, überprüft die UEFI, ob der Bootloader ordnungsgemäß signiert ist, bevor er gestartet wird.

Der Bootloader lädt das vollständige Betriebssystem

Der Bootloader ist ein kleines Programm, das die große Aufgabe hat, den Rest des Betriebssystems zu booten. Windows verwendet einen Bootloader mit dem Namen Windows Boot Manager (Bootmgr.exe), die meisten Linux-Systeme verwenden GRUB, und Macs verwenden etwas namens boot.efi.

Wenn ein Problem mit dem Bootloader vorliegt (z. B. wenn die Dateien auf der Festplatte beschädigt sind), wird eine Bootloader-Fehlernachricht angezeigt, und der Bootvorgang wird gestoppt.

Der Bootloader ist nur ein kleines Programm und kann den Bootvorgang nicht alleine ausführen. Unter Windows sucht und startet der Windows-Start-Manager den Windows OS Loader. Der OS-Loader lädt die wichtigsten Hardwaretreiber, die zum Ausführen des Kernels erforderlich sind (Kernbestandteil des Windows-Betriebssystems), und startet den Kernel. Der Kernel lädt dann die Systemregistrierung in den Arbeitsspeicher und lädt alle zusätzlichen Hardwaretreiber, die mit "BOOT_START" gekennzeichnet sind. Dies bedeutet, dass sie beim Booten geladen werden sollten. Der Windows-Kernel startet dann den Session Manager-Prozess (Smss.exe), der die Systemsitzung startet und zusätzliche Treiber lädt. Dieser Vorgang wird fortgesetzt und Windows lädt Hintergrunddienste sowie den Begrüßungsbildschirm, auf dem Sie sich anmelden können.

Unter Linux lädt der GRUB-Bootloader den Linux-Kernel. Der Kernel startet auch das Init-System, das bei den meisten modernen Linux-Distributionen verwendet wird. Das init-System behandelt Startdienste und andere Benutzerprozesse, die zu einer Anmeldeaufforderung führen.

Dieser Prozess ist nur eine Möglichkeit, alles richtig zu laden, indem die Dinge in der richtigen Reihenfolge ausgeführt werden.

Übrigens werden sogenannte Start-Programme tatsächlich geladen, wenn Sie sich in Ihrem Benutzerkonto anmelden, nicht beim Starten des Systems. Einige Hintergrunddienste (unter Windows) oder Daemons (unter Linux und macOS) werden jedoch beim Starten Ihres Systems im Hintergrund gestartet.

Das Herunterfahren ist auch ziemlich kompliziert. Genau das passiert, wenn Sie herunterfahren oder sich von einem Windows-PC abmelden.

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