Cos'è un Bootloader? Come funziona un bootloader?

Un bootloader è molto importante per i sistemi operativi. Tuttavia, è spesso trascurato come componente chiave dei computer. Questo perché svolge il suo ruolo in background, aiutando ad attivare il corretto sistema operativo. La maggior parte delle schede del processore nei nostri dispositivi ha programmi precaricati su di esse. Questi programmi sono noti come bootloader.

Questo articolo spiega cos'è un bootloader e come funziona. Se sei interessato a conoscere cos'è un bootloader e come funziona, questo articolo è per te.

Cos'è un Bootloader

Quando è acceso, un computer ha uno stato chiaro. Ciò significa che non ci sono programmi nella sua memoria e che i suoi componenti non sono accessibili.

Un bootloader aiuta a caricare il sistema operativo o l'ambiente di runtime per aggiungere programmi alla memoria e fornire l'accesso ai componenti. È necessario per eseguire il processo di avvio, inizializzare l'hardware e passare il controllo al kernel, che inizializza il sistema operativo.

BIOS

I componenti chiave di un bootloader includono il BIOS (basic input / output system), il firmware che si trova nella memoria di sola lettura (ROM) di un PC. Quando il PC è acceso, il BIOS viene eseguito prima che venga eseguito qualsiasi altro programma.

Il BIOS è composto da quanto segue:

• POST (Power On Self Test)
• Boot Sector Loader
• Il BIOS si interrompe
• Menu di configurazione

Il menu di configurazione aiuta a regolare i parametri del bootloader. Le versioni moderne del BIOS vengono utilizzate per impostare parametri diversi. Ciò include l'ordine di avvio, che determina i dispositivi in Il BIOS controlla prima dell'avvio.

Il caricatore del settore di avvio carica il primo settore da 512 byte dal disco di avvio nella RAM. È necessario che il primo blocco o settore di memoria disponibile nel supporto venga riservato per il record.

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Gli interrupt del BIOS sono driver di dispositivo su cui fanno affidamento i bootloader per accedere allo schermo, alla tastiera e ai dischi. Non tutti i sistemi operativi utilizzano gli interrupt del BIOS.

Oltre al BIOS, ci sono ROM di estensione. Il BIOS principale può avviare le ROM di estensione.

Il bootloader è solitamente composto da tre programmi:

• Un programma del settore di avvio caricato direttamente dal BIOS al momento dell'avvio
• Un programma di seconda fase caricato dal programma del settore di avvio per completare il processo di avvio
• Un programma di installazione del bootloader per installare il bootloader e il programma di seconda fase nel disco di avvio.

UEFI BIOS

Le esigenze in evoluzione degli utenti di computer hanno portato alla creazione di un moderno successore del BIOS.

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) è un mini sistema operativo che carica il bootloader nella memoria prima di eseguire routine operative aggiuntive.

Sebbene condivida alcune somiglianze con il BIOS, diverse differenze chiave hanno portato molti a considerare UEFI come un'estensione piuttosto che come un BIOS tradizionale sostitutivo.

Una delle principali differenze tra UEFI e BIOS è il modo in cui UEFI fornisce un'interfaccia operativa per i computer e utilizza nuovi meccanismi e funzioni. Inoltre, sebbene UEFI non definisca come programmare il firmware nella sua interezza, influenza l'interfaccia tra il firmware e il sistema operativo.

Il programma UEFI si trova permanentemente su un chip di memoria sulla scheda madre. Ciò significa che viene mantenuto anche in assenza di alimentazione. Un livello operativo univoco viene utilizzato per comunicare tra il firmware e il sistema operativo. La modalità UEFI può essere inizializzata prima che il sistema operativo venga avviato.

Alcuni dei principali vantaggi di UEFI includono:

• Non richiede un sistema operativo attivo per la funzionalità di rete
• Migliore usabilità grazie all'uso del mouse del computer e di un'interfaccia utente grafica
• Sicurezza migliorata grazie alla funzionalità di avvio protetto
• Una struttura modulare flessibile che lo aiuta ad adattarsi ad ambienti hardware speciali e profili di requisiti
• Boot manager, che gestisce diversi bootloader per vari sistemi operativi
• Uno strumento della riga di comando per eseguire la diagnostica e la risoluzione dei problemi

Lo scopo di Secure Boot è migliorare la sicurezza. Parti del firmware UEFI, il bootloader e il kernel del sistema operativo devono essere verificati prima dell'avvio. I componenti vengono verificati utilizzando firme digitali crittografiche nel database delle firme del firmware UEFI. L'avvio del sistema può essere annullato se il controllo di sicurezza non viene superato.

Negli ambienti professionali, Secure Boot viene generalmente utilizzato con un componente hardware. Il Trusted Platform Module (TPM) è un componente chiave di Secure Boot, fornendo funzionalità di protezione per i computer.

Rispetto al metodo di avvio del sistema BIOS legacy tradizionale, è possibile ottenere i seguenti vantaggi da UEFI e GPT offre i seguenti vantaggi:

• Consente l'installazione contemporanea di più sistemi operativi con i propri boot manager.
• Si avvia più velocemente dei sistemi BIOS legacy
• Supporta le applicazioni di pre-avvio

Oggigiorno, per le impostazioni relative all'avvio viene utilizzata una NVRAM (memoria ad accesso casuale non volatile). Le impostazioni vengono memorizzate dopo lo spegnimento del computer. Viene utilizzata una piccola quantità di energia dalla batteria della scheda madre.

Come funziona un bootloader?

Dopo l'accensione del computer, sullo schermo vengono visualizzate le informazioni sull'hardware installato. Il bootloader inserisce il suo sistema operativo nella memoria. Il BIOS (basic input / output system) esegue i test prima di trasferire il controllo al Master Boot Record (MBR), che contiene il boot loader.

Molti bootloader sono configurati per offrire agli utenti diverse opzioni di avvio. Le opzioni includono diversi sistemi operativi, diverse versioni dello stesso sistema operativo, opzioni di caricamento del sistema operativo e programmi che vengono eseguiti senza un sistema operativo.

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In alcuni casi, un dispositivo può avere due sistemi operativi. I bootloader possono essere utilizzati su questi dispositivi per avviare automaticamente il sistema operativo corretto che gli utenti preferiscono. È inoltre possibile utilizzare un bootloader per avviare il sistema operativo in modalità provvisoria per il ripristino.

È possibile utilizzare un bootloader per avviare un programma senza dover avviare il sistema operativo. Questo può essere utile con dispositivi come console di gioco. Dopo che il disco del gioco è stato inserito nella console e la console è stata accesa, l'utente viene indirizzato direttamente al gioco invece che alla schermata di benvenuto.

Eccezioni e interruzioni

I bootloader sono molto importanti per il mantenimento della sicurezza e dell'architettura software. Eccezioni e interruzioni possono essere gestite in modo diverso da bootloader e applicazioni. Il metodo con cui l'hardware e il software sono collegati influisce direttamente sul modo in cui operano le eccezioni e le interruzioni e influisce sulla funzionalità del bootloader.

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