Įkrovos programa (bootloader): apibrėžimas ir veikimo principai
Sužinokite, kas yra įkrovos programa (bootloader) — apibrėžimas, veikimo principai, įkrovos įrenginiai ir saugumo aspektai lengvai suprantamai.
Kas yra įkrovos programa (bootloader)?
Kompiuteriui paleisti naudojamas įkrovos įrenginys ir kartu — įkrovos programa (angl. bootloader). Terminas „bootstrap“ kilęs iš angliškos frazės "pull yourself up by your own bootstraps" („pakelti save už savo batų diržų“) ir per analogiją reiškia, kad paprastas pradinis kodas paleidžia sudėtingesnę sistemą. Tai paaiškina ir etimologinę nuorodą į batą, kuris užsirišamas ant kojos: simboliškai kalbant, sistema „pasiima už savo batų diržų“ ir įsijungia.
Veikimo principas
Įkrovos programa yra mažas specializuotas kodas, kurį paprastai pirmiausia paleidžia kompiuterio aparatinė įranga (firmware, pvz., BIOS arba UEFI). Šis kodas atlieka šiuos pagrindinius veiksmus:
- inicijuoja ir patikrina pagrindinius aparatūros komponentus (procesorių, atmintį, diskus);
- nustato, iš kur bandyti įkelti operacinę sistemą pagal nustatytą įkrovos tvarką (boot order);
- įkelia į atmintį ir perduoda valdymą platesnei įkrovos programos daliai arba tiesiogiai operacinės sistemos branduoliui;
- kai kuriais atvejais atlieka saugumo patikrinimus (pvz., tikrina skaitmeninius parašus — „Secure Boot“ kontekste).
Įkrovos procesas dažniausiai vyksta etapais: pirmasis — firmware ir mažas pradinis įkrovos sektorius (pavyzdžiui, MBR arba UEFI bootloader), antrasis — pilnesnė įkrovos programa (pvz., GRUB, Windows Boot Manager), kuri paleidžia operacinės sistemos branduolį ir perima sistemos konfigūracijas.
Įkrovos šaltiniai (įrenginiai)
Įrenginiai, iš kurių galima įkrauti sistemą, paprastai yra įkrovos diskai arba įkrovos įrenginiai. Pavyzdžiai:
- kietasis diskas ar SSD;
- diskeliai (seni atvejai);
- kompaktiniai diskai (CD/DVD);
- USB atmintinės (Live USB) ar išoriniai diskai;
- tinklo įkrovimas (angl. PXE) — sistema įkraunama per tinklą iš serverio.
Kai kuriuose tinklo kompiuteriuose ar įmonių aplinkose įkrovos kodas perduodamas per tinklą (naudoja DHCP/TFTP/HTTP protokolus), o tai leidžia centrinį valdymą ir atnaujinimą. Todėl ir sakoma, kad įkrovos lustai ar tinklo įkrovos mechanizmai gali perduoti operacinę sistemą per tinklą.
Specialūs įkrovos sprendimai ir privatumas
Yra specialios įkrovimo kortelės ir įrenginiai, kurie leidžia vienam naudotojui paleisti kioskinius ar viešus kompiuterius be likučių sistemoje — taip užtikrinant didesnį privatumą ir prieigą prie taikomosios programinės įrangos. Taip pat naudojamos įkrovos plokštės arba įkrovos priedų kortelės, kurios dažnai būna patvaresnės arba labiau integruotos į sistemą nei laikinos įkrovos kortelės ar USB.
Įkrovos tvarka, identifikacija ir mobilieji įrenginiai
Firmware nustatyta įkrovos tvarka lemia, kuris įrenginys bus bandomas pirmiau. Vartotojas gali pakeisti tvarką BIOS/UEFI nustatymuose arba per laikinas „Boot Menu“ parinktis. Kai kurie žmonės atskiria sąvokas ir vadina vienus įrenginius tik įkrovos įrenginiais, o kitus — duomenų įrenginiais; šis skirtumas daugiau rūpi operacinei sistemai ir administravimui nei pačiam kompiuteriui.
Mobilūs įrenginiai (telefonai, planšetės) taip pat turi savo įkrovos programas (pvz., U-Boot, Android bootloader ar gamintojo firmware). SIM kortelė ar mobiliojo ryšio tapatybės elementai dažniausiai naudojami vartotojo identifikacijai tinkle, bet pati įkrova vyksta per įrenginio firmware ir įkrovos grandinę; saugumo mechanizmai čia dažnai apima užkoduotus arba pasirašytus įkrovos komponentus.
Saugumas ir atstatymas
Šiuolaikinėse sistemose svarbi įkrovos sauga — tai apima skaitmeninius parašus, Secure Boot mechanizmus, bei grandies pasitikėjimą (chain of trust). Jei įkrovos failai sugadinti arba pamesti, galima naudoti įkrovos atkūrimo priemones:
- BIOS/UEFI nustatymų atstatymas arba aparatinio lygio atnaujinimas;
- naudojant įkrovos laikmeną (Live USB, atkūrimo CD) perrašyti arba ištaisyti įkrovos sektorių (MBR/GPT) ir įkrovos įrašus;
- naudoti gamintojo ar bendruomenės įrankius (pvz., GRUB atstatymui, Windows Boot Repair).
Dažniausiai sutinkami pavadinimai
Įkrovos programos pavyzdžiai: GRUB, systemd-boot, LILO (seni), Windows Boot Manager, U-Boot (embeddeds), gamintojų pateikti bootloaders mobiliesiems įrenginiams. Kiekviena iš jų atlieka tą pačią pagrindinę funkciją — paruošti aparatūrą ir perleisti valdymą operacinei sistemai.
Santrauka
Įkrovos programa (bootloader) yra tarpinis ryšys tarp aparatūros (firmware) ir operacinės sistemos. Ji inicijuoja aparatūrą, nustato, iš kur įkrauti sistemą, atlieka saugumo patikras ir perduoda valdymą OS branduoliui. Įkrovos šaltiniai gali būti vietiniai (diskai, USB, optiniai diskai) arba tinklo pagrindu perduodami, o mobilieji įrenginiai turi savo specializuotas įkrovos grandines bei saugumo mechanizmus.
Kilmė
Įkrovimas įkrovos įrenginyje yra tas pats, kas įkrovimas (arba paleidimas). Tai trumpinys, reiškiantis bootstrapping, arba pradėti nuo paprastų dalykų ir iš jų kurti sudėtingus dalykus.
Susiję puslapiai
- Įkrovimas
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra įkrovos įrenginys?
A: Įkrovos įrenginys naudojamas kompiuteriui paleisti. Jis į kompiuterio atmintį įkelia operacinę sistemą ir gali būti diskelis, atmintinė, kompaktinis diskas, kietasis diskas arba kietasis diskas.
K: Iš kur kilęs terminas "įkrovos įrenginys"?
A: Terminas "bootstrap" kilęs iš angliškos frazės "pull yourself up by your own bootstraps" ("pakelti save už savo batraiščių"). Tai reiškia, kad reikia naudoti ką nors paprastesnio, kad sudėtingesnis dalykas veiktų geriau.
K: Kokie yra keli įkrovos įrenginių pavyzdžiai?
A: Įkrovos įrenginių pavyzdžiai yra diskelių, "flash" atmintinių, kompaktinių diskų, kietųjų diskų ir kietųjų diskų. Kai kuriuose tinklo kompiuteriuose taip pat naudojamos įkrovos mikroschemos, į kurias operacinė sistema patenka per tinklą. Interneto telefonai taip pat naudoja tokias mikroschemas, kad identifikuotų vartotoją mobiliojo ryšio tinkle.
K: Kaip veikia įkrovos kortelės?
A.: Įkrovimo kortelių standartai gali leisti daugeliui naudotojų įkrauti kioskinius kompiuterius, užtikrinant visišką privatumą ir prieigą prie visos jiems priklausančios taikomosios programinės įrangos. Taip pat yra nuolatinių versijų, vadinamų įkrovos plokštėmis arba papildomomis kortelėmis, kurios yra patvaresnės už įprastas įkrovos korteles.
K: Kuo skiriasi įkrovos įrenginys nuo kitų duomenų įrenginių?
A: Iš tikrųjų ne kompiuteris, o operacinė sistema rūpinasi "įkrovos" įrenginių ir kitų duomenų įrenginių atskyrimu - nebūtinai tik pagal jų funkcijas, bet ir pagal jų svarbą tinkamai paleidžiant kompiuterį.
Klausimas: Kodėl prieš pradedant naudotis kompiuteriu reikia operacinės sistemos?
A.: Kad kompiuteris galėtų normaliai veikti, jis turi turėti operacinės sistemos nurodymus, kaip atlikti pagrindines funkcijas, pavyzdžiui, įkelti programas į atmintį, kad vėliau vartotojai galėtų jomis naudotis.
K: Kaip internetiniuose telefonuose naudojami lustai atpažinimo tikslais?
A.: Interneto telefonuose lustai naudojami identifikavimo tikslais, prijungiant juos prie mobiliųjų telefonų tinklų, kad juos būtų galima identifikuoti šiuose tinkluose naudojantis internetu arba skambinant ir pan.
Ieškoti