電腦重新啟動是怎麼實現的？

01-06

關機是計算機斷電了
而重新啟動是計算機看似關機了後再看似開機
可系我忽然想到這細思極恐的一點
如果電腦真地關機了，真地徹底斷電了，它是怎麼啟動接下來的開機程序的？
也就是說重新啟動中間那個看似關機的過程根本就沒關機！如果真關機真斷電了計算機根本沒法繼續運行重新啟動地程序！

SO！重新啟動到底是個什麼樣的過程？

從os的角度來擴展一下Timer的答案:

通過os或者硬複位信號給acpi發送一個reset命令實現的由電源模塊完成重啟（硬重啟）

如果不是按了reset button，則用戶一般是通過操作系統提供的電源管理界面來實現重啟的，

這個時候操作系統需要告訴硬體（比如cpu, power, pch等等）讓其重啟至其初始狀態，一般情況下這些硬體都會存在一個reset的針腳，舉個例子來講cpu即會一個reset#的針腳，而該針腳一般是連在pch上邊，由pch來控制。

由於各家主板或者筆記本生產廠商的電路設計不同，裡邊的各個模塊也是不同的。比如講筆記本可能自帶無線網卡，但是一般台式機就沒有無線網卡，而這些設備都需要reset，也就是最終不同的硬體平台reset的方法是不同的，表現到software層面就是cpu要執行的硬體管理操作是不同的。

cpu主動與外圍通信的方法一般有兩種：PIO和MMIO。PIO是指使用`in`, `out`這兩種特殊指令來與I/O space裡邊的埠通信，MMIO是指直接讀寫系統的地址空間。假設reset是通過PIO來實現的，那麼不同的硬體平台，`out(port, value)`裡邊的port和value就可能是不同的。

然而對於software(os)來說它是沒有辦法知道電路是如何實現的，也就是說它是沒有辦法來確切的知道port和value的值，因此就出現了一個標準acpi，該標準定義了一個software（也就是os）與hardware（也就是cpu, wireless nic）的一個電源管理和配置的規範。而這個spec就這定義了reset的一個標準。

也就是說hw vendor會提供一個表，該表會提供兩個值：1）reset_reg 2) reset_value，software要做的事情就是把 reset_value寫到reset_reg就可以實現重啟了，而這個表事先就由hw vendor寫到系統的bios/uefi裡邊。software(os)通過查表找到這兩個值，然後在用戶指示os要重啟時候就執行write reset_value to reset_reg即可以實現重啟。

以我的電腦舉例:

使用darwindumper可以看到facp表裡邊提供了reset_reg和reset_value的值

由上圖可知

reset_reg = cf9這個io port

reset_value = 06

也就是說我們要重啟只需要執行這條指令即可，`outb(0xfc9, 06)`。在windows平台下，你可以通過r/w everything來直接給0xfc9所在port，手動賦值0x06即可實現重啟了。

寫的最長的那個答案用來深入了解啟動過程有點用，但是用於回答這個問題實在太長了。

too long no see

Lance Zhao的回答比較易懂。

總結一下一般就兩種：

熱重啟就是複位CPU工作狀態，把CPU的程序指針（指令指針）直接重置到BIOS啟動地址。熱重啟會略過一些硬體的初始化過程，比冷重啟快一點。

冷重啟一般是通過電源管理介面直接複位電源，開關電源的輸出端會執行歸零（斷電）重新上電的動作。和從關機開機過程是一樣的。

電腦重啟一般情況下分為兩種

第一種

cmd命令重啟or

第二種

按重啟電源重啟

大概就是先執行關機命令，然後再開機（我腦補的）

使用cmd命令關機或重啟電腦

那麼，在按下電源鍵或者使用了重啟命令後，流程大概是這個樣子的

計算機啟動與關機過程詳解

你說電腦關閉了，怎麼知道開啟。

因為電腦里真的住了一隻貞子啊（笑

這個貞子的名字叫BIOS，在我擁有台式電腦的那些歲月里，BIOS都是不斷電的（因為攜帶有電池）。因此你設定好電腦時間之後，即使關機斷電一段時間，電腦的時間顯示還是正確的原因就是貞子醬（BIOS）在幫你計時。

然後貞子醬就是按照如下流程幫你打開了電腦。

一、第一階段：BIOS

上個世紀70年代初，"只讀內存"（read-only memory，縮寫為ROM）發明，開機程序被刷入ROM晶元，計算機通電後，第一件事就是讀取它。

這塊晶元里的程序叫做"基本輸出輸入系統"（Basic Input/Output System），簡稱為BIOS。

1.1 硬體自檢

BIOS程序首先檢查，計算機硬體能否滿足運行的基本條件，這叫做"硬體自檢"（Power-On Self-Test），縮寫為POST。

如果硬體出現問題，主板會發出不同含義的蜂鳴，啟動中止。如果沒有問題，屏幕就會顯示出CPU、內存、硬碟等信息。

1.2 啟動順序

硬體自檢完成後，BIOS把控制權轉交給下一階段的啟動程序。

這時，BIOS需要知道，"下一階段的啟動程序"具體存放在哪一個設備。也就是說，BIOS需要有一個外部儲存設備的排序，排在前面的設備就是優先轉交控制權的設備。這種排序叫做"啟動順序"（Boot Sequence）。

打開BIOS的操作界面，裡面有一項就是"設定啟動順序"。

二、第二階段：主引導記錄

BIOS按照"啟動順序"，把控制權轉交給排在第一位的儲存設備。

這時，計算機讀取該設備的第一個扇區，也就是讀取最前面的512個位元組。如果這512個位元組的最後兩個位元組是0x55和0xAA，表明這個設備可以用於啟動；如果不是，表明設備不能用於啟動，控制權於是被轉交給"啟動順序"中的下一個設備。

這最前面的512個位元組，就叫做"主引導記錄"（Master boot record，縮寫為MBR）。

2.1 主引導記錄的結構

"主引導記錄"只有512個位元組，放不了太多東西。它的主要作用是，告訴計算機到硬碟的哪一個位置去找操作系統。

主引導記錄由三個部分組成：

　　（1）第1-446位元組：調用操作系統的機器碼。
　　（2）第447-510位元組：分區表（Partition table）。
　　（3）第511-512位元組：主引導記錄簽名（0x55和0xAA）。

其中，第二部分"分區表"的作用，是將硬碟分成若干個區。

2.2 分區表

硬碟分區有很多好處。考慮到每個區可以安裝不同的操作系統，"主引導記錄"因此必須知道將控制權轉交給哪個區。

分區表的長度只有64個位元組，裡面又分成四項，每項16個位元組。所以，一個硬碟最多只能分四個一級分區，又叫做"主分區"。

每個主分區的16個位元組，由6個部分組成：

　　（1）第1個位元組：如果為0x80，就表示該主分區是激活分區，控制權要轉交給這個分區。四個主分區裡面只能有一個是激活的。
　　（2）第2-4個位元組：主分區第一個扇區的物理位置（柱面、磁頭、扇區號等等）。
　　（3）第5個位元組：主分區類型。
（4）第6-8個位元組：主分區最後一個扇區的物理位置。
　　（5）第9-12位元組：該主分區第一個扇區的邏輯地址。
　　（6）第13-16位元組：主分區的扇區總數。

最後的四個位元組（"主分區的扇區總數"），決定了這個主分區的長度。也就是說，一個主分區的扇區總數最多不超過2的32次方。

如果每個扇區為512個位元組，就意味著單個分區最大不超過2TB。再考慮到扇區的邏輯地址也是32位，所以單個硬碟可利用的空間最大也不超過2TB。如果想使用更大的硬碟，只有2個方法：一是提高每個扇區的位元組數，二是增加扇區總數。

三、第三階段：硬碟啟動

這時，計算機的控制權就要轉交給硬碟的某個分區了，這裡又分成三種情況。

3.1 情況A：卷引導記錄

上一節提到，四個主分區裡面，只有一個是激活的。計算機會讀取激活分區的第一個扇區，叫做"卷引導記錄"（Volume boot record，縮寫為VBR）。

"卷引導記錄"的主要作用是，告訴計算機，操作系統在這個分區里的位置。然後，計算機就會載入操作系統了。

3.2 情況B：擴展分區和邏輯分區

隨著硬碟越來越大，四個主分區已經不夠了，需要更多的分區。但是，分區表只有四項，因此規定有且僅有一個區可以被定義成"擴展分區"（Extended partition）。

所謂"擴展分區"，就是指這個區裡面又分成多個區。這種分區裡面的分區，就叫做"邏輯分區"（logical partition）。

計算機先讀取擴展分區的第一個扇區，叫做"擴展引導記錄"（Extended boot record，縮寫為EBR）。它裡面也包含一張64位元組的分區表，但是最多只有兩項（也就是兩個邏輯分區）。

計算機接著讀取第二個邏輯分區的第一個扇區，再從裡面的分區表中找到第三個邏輯分區的位置，以此類推，直到某個邏輯分區的分區表只包含它自身為止（即只有一個分區項）。因此，擴展分區可以包含無數個邏輯分區。

但是，似乎很少通過這種方式啟動操作系統。如果操作系統確實安裝在擴展分區，一般採用下一種方式啟動。

3.3 情況C：啟動管理器

在這種情況下，計算機讀取"主引導記錄"前面446位元組的機器碼之後，不再把控制權轉交給某一個分區，而是運行事先安裝的"啟動管理器"（boot loader），由用戶選擇啟動哪一個操作系統。

Linux環境中，目前最流行的啟動管理器是Grub。

四、第四階段：操作系統

控制權轉交給操作系統後，操作系統的內核首先被載入內存。

以Linux系統為例，先載入/boot目錄下面的kernel。內核載入成功後，第一個運行的程序是/sbin/init。它根據配置文件（Debian系統是/etc/initab）產生init進程。這是Linux啟動後的第一個進程，pid進程編號為1，其他進程都是它的後代。

然後，init線程載入系統的各個模塊，比如窗口程序和網路程序，直至執行/bin/login程序，跳出登錄界面，等待用戶輸入用戶名和密碼。

至此，全部啟動過程完成。

（完）

原文來自於計算機是如何啟動的？

作者：阮一峰

日期： 2013年2月16日

這個問題要回答的話不難，但是就是加了問題描述以後反而有些複雜的了。在普通用戶的使用情況下，是不存在問題中所描述的完全斷電以後再開啟的過程。

首先，重啟可以區分為熱重啟和冷重啟。熱重啟是不存在整個機器都斷電的情況的，雖然有些power會被重置，但整個系統級別來說是沒有徹底斷電的情況的。不考慮EC實現的情況，大部分的晶元組執行這個熱重啟的命令都是 out 0xcf9, 0x02; out 0xcf9, 0x06. 或者是主板上的按鈕直接接到一根sysrst之類的信號作為對晶元組的輸入。絕大多數情況下我們所說的重啟都是熱重啟。

至於冷重啟的情況更加貼近問題的描述，但事實上普通用戶很可能無法在意到出現這個冷重啟的情況。被執行的命令是把這個out 0xcf9，0x06改成 out 0xcf9, 0x0e, bit 3被置於高位說明即將被執行的重啟是一個Full Reset,晶元裡面執行將會是先關機在自行喚醒，中間的間隔時間長短在有些晶元組上是可以調節的，從幾毫秒到幾十秒不等。從ACPI的系統狀態來說，這個短暫的冷重啟等同於S0（運行）-&>S5（系統關機）-&>S0(運行)。而問題中所描述的完全斷電的情況在ACPI裡面描述就是G3(全局關機狀態)。從S5狀態喚醒機器有很多種辦法，在史前時代就有WOL（區域網喚醒）和WOR（數據機撥號喚醒）這種從關機狀態開機的辦法，現代就有更多花樣翻新的喚醒方式，反正在S5狀態的時候還是有待機電源存在，有些低功耗的設備還是有機會響應外部輸入信號從而通知晶元喚醒事件的。

對於現在大家所接觸的系統而言，基本上電源管理這一塊在筆記本上是EC,手機上是PMIC，伺服器就是可編程開關電源配合BMC完成。從完全斷電到開機都有著非常完善的解決機制。

通過os或者硬複位信號給acpi發送一個reset命令實現的由電源模塊完成重啟（硬重啟）

電腦斷電了確實就不能開機了。你把電源拔了試試看，他還能開機不？

普通意義上的關機和重啟只是把電腦大部分部件關掉了，但是並不會斷掉電源，控制開機關機的部分永遠是通著電的，這部分會控制其他部分開啟。

簡單來說就是這樣。