ブートローダーとは何ですか?ブートローダーはどのように機能しますか?

ブートローダーは、オペレーティングシステムにとって非常に重要です。それでも、それはコンピュータの重要なコンポーネントとして見過ごされがちです。これは、バックグラウンドでその役割を果たし、正しいオペレーティングシステムのアクティブ化に役立つためです。デバイスのほとんどのプロセッサボードには、プログラムがプリロードされています。これらのプログラムはブートローダーとして知られています。

この記事では、ブートローダーとは何か、およびそれがどのように機能するかについて説明します。ブートローダーとは何か、そしてそれがどのように機能するかについて知りたい場合は、この記事が役に立ちます。

ブートローダーとは

電源を入れると、コンピューターの状態はクリアになります。これは、メモリにプログラムがなく、そのコンポーネントにアクセスできないことを意味します。

ブートローダーは、オペレーティングシステムまたはランタイム環境をロードして、プログラムをメモリに追加し、コンポーネントへのアクセスを提供するのに役立ちます。起動プロセスを実行し、ハードウェアを初期化し、オペレーティングシステムを初期化するカーネルに制御を渡す必要があります。

BIOS

ブートローダーの主要コンポーネントには、基本的な入出力システム(BIOS)、PCの読み取り専用メモリ(ROM)にあるファームウェアが含まれます。 PCの電源がオンになると、BIOSは他のプログラムが実行される前に実行されます。

BIOSは次のもので構成されています。

  • POST(パワーオンセルフテスト)
  • ブートセクタローダー
  • BIOS割り込み
  • セットアップメニュー

セットアップメニューは、ブートローダーのパラメーターを調整するのに役立ちます。最新のBIOSバージョンは、さまざまなパラメータを設定するために使用されます。これには、起動前にBIOSがチェックするデバイスを決定する起動順序が含まれます。

ブートセクターローダーは、最初の512バイトセクターをブートディスクからRAMにロードします。メディアで最初に使用可能なメモリブロックまたはセクターをレコード用に予約する必要があります。

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BIOS割り込みは、画面、キーボード、およびディスクにアクセスするためにブートローダーが依存するデバイスドライバーです。すべてのオペレーティングシステムがBIOS割り込みを使用するわけではありません。

BIOSに加えて、拡張ROMがあります。メインBIOSが拡張ROMを起動する場合があります。

ブートローダーは通常、次の3つのプログラムで構成されています。

  • ブート時にBIOSによって直接ロードされるブートセクタプログラム
  • ブートプロセスを完了するためにブートセクタプログラムによってロードされる第2段階のプログラム
  • ブートローダーと第2段階のプログラムをブートディスクにインストールするためのブートローダーインストーラー。

UEFI BIOS

コンピュータユーザーの進化する要件は、BIOSの後継者の作成につながりました。

UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)は、追加の操作ルーチンを実行する前にブートローダーをメモリにロードするミニオペレーティングシステムです。

BIOSといくつかの類似点を共有していますが、いくつかの重要な違いにより、多くの人がUEFIを従来のBIOSの代わりではなく拡張機能と見なしています。

UEFIとBIOSの主な違いの1つは、UEFIがコンピューターに操作インターフェースを提供し、新しいメカニズムと機能を使用する方法です。さらに、UEFIはファームウェア全体のプログラミング方法を定義していませんが、ファームウェアとオペレーティングシステム間のインターフェイスに影響を与えます。

UEFIプログラムは、マザーボード上のメモリチップに永続的に配置されています。これは、電力がない場合でも保持されることを意味します。ファームウェアとオペレーティングシステム間の通信には、独自の運用レイヤーが使用されます。 UEFIモードは、オペレーティングシステムを起動する前に初期化できます

UEFIの主な利点は次のとおりです。

  • ネットワーク機能のためにアクティブなオペレーティングシステムは必要ありません
  • コンピューターのマウスとグラフィカルユーザーインターフェイスの使用による使いやすさの向上
  • セキュアブート機能によるセキュリティの向上
  • 特別なハードウェア環境と要件プロファイルへの適応を支援する柔軟なモジュラー構造
  • さまざまなオペレーティングシステムのさまざまなブートローダーを管理するブートマネージャー
  • 診断とトラブルシューティングを実行するためのコマンドラインツール

セキュアブートの目的は、セキュリティを向上させることです。起動する前に、UEFIファームウェア、ブートローダー、およびオペレーティングシステムカーネルの一部を確認する必要があります。コンポーネントは、UEFIファームウェアの署名データベースの暗号化デジタル署名を使用して検証されます。セキュリティチェックに合格しなかった場合、システムの起動がキャンセルされる場合があります。

プロフェッショナルな環境では、セキュアブートは通常、ハードウェアコンポーネントとともに使用されます。トラステッドプラットフォームモジュール(TPM)は、セキュアブートの主要コンポーネントであり、コンピューターにセキュリティ機能を提供します。

従来のレガシーBIOSシステムの起動方法と比較すると、UEFIから次の利点が得られ、GPTには次の利点があります。

  • 独自のブートマネージャーを備えた複数のオペレーティングシステムを同時にインストールできます。
  • レガシーBIOSシステムよりも高速に起動します
  • 起動前のアプリケーションをサポートします

最近では、NVRAM(不揮発性ランダムアクセスメモリ)がブート関連の設定に使用されています。設定は、コンピューターの電源を切った後に保存されます。マザーボードのバッテリーからの少量の電力が使用されます。

ブートローダーはどのように機能しますか?

コンピュータの電源を入れると、インストールされているハードウェアに関する情報が画面に表示されます。ブートローダーは、オペレーティングシステムをメモリに配置します。基本入出力システム(BIOS)は、ブートローダーを含むマスターブートレコード(MBR)に制御を移す前にテストを実行します。

多くのブートローダーは、ユーザーにさまざまな起動オプションを提供するように構成されています。オプションには、異なるオペレーティングシステム、同じオペレーティングシステムの異なるバージョン、オペレーティングシステムのロードオプション、およびオペレーティングシステムなしで実行されるプログラムが含まれます。

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場合によっては、デバイスに2つのオペレーティングシステムが含まれていることがあります。これらのデバイスでブートローダーを使用して、ユーザーが自動的に好む正しいオペレーティングシステムを起動できます。ブートローダーを使用して、オペレーティングシステムをセーフモードで起動して回復することもできます。

ブートローダーを使用すると、オペレーティングシステムを起動せずにプログラムを起動できます。これは、ゲーム機などのデバイスで役立ちます。ゲームディスクがコンソールに挿入され、コンソールの電源がオンになると、ユーザーはウェルカム画面ではなくゲームに直接移動します。

例外と割り込み

ブートローダーは、セキュリティとソフトウェアアーキテクチャの保守にとって非常に重要です。例外と割り込みは、ブートローダーとアプリケーションによって異なる方法で処理される場合があります。ハードウェアとソフトウェアをリンクする方法は、例外と割り込みの動作方法に直接影響し、ブートローダーの機能に影響します。