Win 8新技術(shù)深入探討：快速啟動機制(Hybrid Boot)
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2012-09-03
有多少人曾沉迷于開機速度擊敗了多少用戶，然后對系統(tǒng)進行各種優(yōu)化設(shè)置提高啟動速度。如果你在使用Win8，會發(fā)現(xiàn)開機速度快了不少，這就是Win8的新技術(shù)快速啟動(Hybrid Boot)，下面介紹快速啟動機制深入探討。來源：遠(yuǎn)景論壇 @ sea-monsters
一個花費兩三年時間，數(shù)千人開發(fā)，參與測試人數(shù)達(dá)到數(shù)百萬的產(chǎn)品，其中必然有不少值得我們?nèi)ヌ接懛窒淼男录夹g(shù)和新功能，Win8正是這樣一款產(chǎn)品。作為世界上最流行的操作系統(tǒng)的最新版本，Win8有著不少改進和更新，雖然我們對其毀譽不一，但不可否認(rèn)的是，這款產(chǎn)品正試著給我們帶來許多新的技術(shù)，嘗試著讓我們生活的更加輕松。
所以，我接下來會以一個系列的文章，來跟大家分享探討一下Win8里面那些我們感興趣的，或是關(guān)鍵的一些新名詞、新技術(shù)。今天，我們就來看一下Win8最聞名的改進——快速啟動。
Win8新技術(shù)深入探討 – 快速啟動機制(Hybrid Boot)：
從WDP開始，相信大家都注意到了一點，在大多數(shù)配置下 Win8 的啟動速度比起之前的版本都有了很明顯的提升。這個優(yōu)勢就是來源于Win8經(jīng)過改進的啟動機制，微軟官方稱之為“快速啟動”。對這一部分，微軟在“Building Windows 8”博客里面已經(jīng)介紹過了，當(dāng)然下面我要說的并不只是那個文章里面的內(nèi)容，但是就讓我從快速啟動的機制開始說起吧。
較舊的系統(tǒng)，比如Win7，我們在對其進行重啟的時候，我們就可以看到一個完整的“關(guān)機+開機”流程。如下圖所示：
這個圖來自微軟在開發(fā) Win8 的早期技術(shù)文檔，里面說的是新的系統(tǒng)重啟過程跟 Win7 的看起來一模一樣，但是實際上過程有著比較大的區(qū)別。舊式重啟的流程是這樣的：
關(guān)機流程：
1、由用戶通過按下開始菜單的“關(guān)機”按鈕，或者按下主機上的電源鍵引發(fā)一個關(guān)機的操作;或者應(yīng)用程序調(diào)用系統(tǒng)接口函數(shù)ExitWindowsEx()或者InitiateShutdown()來觸發(fā)一個關(guān)機操作。
2、Windows系統(tǒng)向整個系統(tǒng)里面的所有正在運行的程序發(fā)出一個廣播信息，讓程序可以有一個保存程序數(shù)據(jù)的機會，程序當(dāng)然也可以向系統(tǒng)請求一小段時間來完成保存工作。這也就是我們關(guān)機的時候遇到半透明灰色界面，詢問是否繼續(xù)關(guān)機的時候所進行到的一步。
3、Windows關(guān)閉每一個已登陸帳戶的用戶會話。
4、Windows向系統(tǒng)的服務(wù)發(fā)出信息，提示它們一個關(guān)機操作已經(jīng)開始，因此它們應(yīng)該自行關(guān)閉。這個過程將會根據(jù)服務(wù)的依存性來依次從上而下關(guān)閉，其余的平行關(guān)閉。如果有服務(wù)出錯不能關(guān)閉，則會被強制關(guān)閉。
5、Windows向硬件設(shè)備發(fā)出信號，提示設(shè)備關(guān)閉。
6、Windows關(guān)閉系統(tǒng)會話(也就是“session0”)。
7、Windows清理所有掛起的數(shù)據(jù)，將它們送至對應(yīng)的系統(tǒng)驅(qū)動，以保證這些數(shù)據(jù)被完整的保存。
8、Windows通過ACPI(高級配置與電源接口)向電腦的硬件發(fā)出斷電的信號，最后關(guān)機斷電。當(dāng)然如果是重啟，則不會斷電。
補充知識：ACPI相關(guān)指令
G0(S0): 工作狀態(tài)
這個就是正常情況下的狀態(tài)，“離開模式”也屬于這個模式，只是顯示屏被斷電。
G1(S1~S4)：睡眠狀態(tài)
睡眠狀態(tài)根據(jù)睡眠斷電的程度分成四級：S1~S4
G2(S5)， Soft Off: (軟關(guān)閉)
這個模式電腦的供電系統(tǒng)保持供電，其余硬件都只帶電而不帶數(shù)據(jù)。這個模式用于重啟或者是可通過外設(shè)喚醒的休眠狀態(tài)，整機處于一個最低的耗電狀態(tài)，而又可以接受外設(shè)的數(shù)據(jù)。
G3，Mechanical Off:(硬關(guān)閉)
這種狀態(tài)就是一般開機時直接按下電源鍵后得到的狀態(tài)，整機徹底不帶電，可以拆裝。
下面是開機流程：
1、在按下電源鍵之后，電腦的硬件啟動一個通電自檢程序(POST， Power-On Self Test)。這個程序是記錄在BIOS里面的一小段程序，檢查通過之后就會加載BIOS里面的硬件設(shè)置。當(dāng)一個系統(tǒng)磁盤被檢測到之后，自檢就會結(jié)束。
2、硬件讀取主啟動記錄(MBR， masterboot record)，然后啟動Bootmgr.exe程序。這個程序在系統(tǒng)盤上搜索Windows的啟動程序Winload.exe。
3、當(dāng)Winload.exe啟動之后，Windows內(nèi)核所需的基礎(chǔ)的驅(qū)動就會被加載，然后系統(tǒng)內(nèi)核被啟動，并加載所有標(biāo)記為BOOT_START的注冊表記錄和更多的驅(qū)動到內(nèi)存中。
4、系統(tǒng)內(nèi)核將控制權(quán)傳遞給會話管理進程(Smss.exe)，它將啟動系統(tǒng)會話，加載并啟動沒有被標(biāo)記為BOOT_START的系統(tǒng)設(shè)備和驅(qū)動。
5、Winlogon.exe被啟動，這時候我們所熟悉的用戶界面就會出現(xiàn)。服務(wù)管理器啟動系統(tǒng)的服務(wù)，所有的組策略都在這時候被運行。當(dāng)用戶通過選擇用戶名稱(可能自動跳過，也有的情況需要鍵入密碼)登陸后，Windows就會為用戶創(chuàng)建一個用戶會話。
6、Explorer.exe啟動，系統(tǒng)創(chuàng)建桌面窗口管理器進程(DWM.exe)，這個進程初始化桌面，并最終顯示。啟動完畢。
這整個過程中每一步所花費的時間都是可以監(jiān)控的。下面是自己動手環(huán)節(jié)，自己監(jiān)控自己的系統(tǒng)啟動情況~如果只是想看看技術(shù)簡介，可以跳過這一部分。
在Windows SDK里內(nèi)含了一個工具：Windows Preformance Tools Kit。前者可以在下面的鏈接下載到：http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=8279 安裝好之后，以管理員權(quán)限打開“命令提示符”，鍵入下面的命令：(用之前保存一個還原點)
xbootmgr -trace boot -traceFlagsBASE+CSWITCH+DRIVERS+POWER -resultPath C:TEMP
部分機子可能這樣之后重啟會遇到藍(lán)屏= =。這在有的情況下跟蹤的參數(shù)加上DRIVERS可能會出現(xiàn)，這時候就返回前面保存的還原點，去掉那一個參數(shù)，少監(jiān)控一部分，但是就不會有問題出現(xiàn)：
xbootmgr -trace boot -traceFlagsBASE+CSWITCH +POWER -resultPath C:TEMP
當(dāng)然，這是跟蹤啟動過程的命令，如果想跟蹤關(guān)機過程，將上面的boot換成shutdown，休眠過程則換成hibernate。C：TEMP是記錄文件的存放地址，可以自行修改。
當(dāng)完成一次跟蹤之后，相應(yīng)地址就會有文件生成，下面用這個命令將里面的etl文件編譯成xml文件來進行分析：(文件名根據(jù)相應(yīng)情況修改)
xperf /tti -i
boot_BASE+CSWITCH+DRIVERS+POWER_1.etl -o summary_boot.xml -a boot
打開生成的xml文件，會看到這樣的內(nèi)容：
里面寫的就是每一步對應(yīng)的開始和結(jié)束時間點，六位數(shù)字就是分秒毫秒單位計時。timing bootDoneViaExplorer 值是windows啟動至桌面出現(xiàn)所需時間;bootDoneViaPostBoot值是windows完全啟動至所有用戶程序都啟動完達(dá)到10秒空閑所需要的時間。
這就是整個啟動過程圖，xml上面名稱可以對應(yīng)相應(yīng)部分，在前面的啟動流程步驟有具體介紹，不再贅述。
從這里我們可以想到，既然每次系統(tǒng)關(guān)閉需要將服務(wù)和驅(qū)動的數(shù)據(jù)臨時保存，下次又重新取出接著運行，那么為什么不將整個這個系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分利用休眠的方式從內(nèi)存復(fù)制下來，下次重新取出放入內(nèi)存就可以一步完成幾步的操作，而且完成的速度相當(dāng)快。因此，Win8引入了混合啟動。
正如上圖所示，混合啟動的關(guān)鍵就在于將系統(tǒng)關(guān)閉開啟的時候頻繁的寫入讀取系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)和驅(qū)動的步驟用休眠替代，每一次關(guān)閉的時候，數(shù)據(jù)不需要轉(zhuǎn)換，直接寫入休眠文件，下次啟動讀取后，只要做額外的一些非BOOT_START標(biāo)記的驅(qū)動的初始化，就可以啟動Winlogon.exe來啟動用戶登陸界面，中間的系統(tǒng)會話、服務(wù)不需要廣播等待關(guān)閉開啟，大幅度的提升啟動速度。這就是Win8快速啟動的奧秘所在。
在Win 8下，運行這個命令：
dir /s /a hiberfil.sys
這時候我們可以在系統(tǒng)分區(qū)下發(fā)現(xiàn)一個相當(dāng)大的文件，默認(rèn)大小為內(nèi)存大小的75%，但是一般情況下只是內(nèi)存大小的10~15%，區(qū)別在于系統(tǒng)的驅(qū)動、服務(wù)等各種因素。這個文件就是系統(tǒng)用于存放休眠數(shù)據(jù)的文件。在以前的Windows版本實際上已經(jīng)存在這個文件，充當(dāng)著相同的功能。
這個新的啟動模式能讓所有配置的電腦啟動加快，而且如果配合新的UEFI(統(tǒng)一的可擴展固件接口)主板，通過更快的完成啟動系統(tǒng)之前的自檢以及配置硬件操作(POST/Pre-boot)，系統(tǒng)啟動將進一步加快。當(dāng)然，有的時候我們希望系統(tǒng)進行一次徹底的重啟，來完成我們的硬件改動。這時候我們就需要通過命令行來實現(xiàn)：
shutdown
/s /full / t 0
另外，Win8有著全新的系統(tǒng)選擇界面。大家可能從WCP開始就發(fā)現(xiàn)，Win 8的系統(tǒng)切換需要先啟動完系統(tǒng)，才出現(xiàn)選擇菜單，選擇別的系統(tǒng)則需要第二次啟動。為什么會這樣呢?我們來回顧一下剛才的啟動流程。
舊式的啟動流程，需要通過MBR找到Bootmgr.exe來啟動Winload.exe進行各種驅(qū)動和基礎(chǔ)的服務(wù)的啟動。但是在新的快速啟動流程里面，這一步被休眠恢復(fù)所取代�；謴�(fù)所需的時間不長，恢復(fù)完已經(jīng)可以提供基本的完整系統(tǒng)功能，各種服務(wù)、驅(qū)動更加齊全。
如果我們選擇以舊式的思路，將選擇放在恢復(fù)之前，那么就必須在這里面再插入一步來顯示選擇菜單，而且對于沒有鍵鼠的平板，在這種菜單下根本無法操作——缺乏觸摸屏的驅(qū)動。為了整個系統(tǒng)各版本的風(fēng)格統(tǒng)一，也為了提供更高級的操作菜單，將選擇放在恢復(fù)之后就是明智的選擇。從這里我們可以更加看出微軟在Win8上為平板所放的心思。
來源：win8迷