Was ist ein Boot­loa­der und wie funk­tio­niert er?

Boot­loa­der sorgen dafür, dass alle re­le­van­ten Daten des Be­triebs­sys­tems bereits mit Ge­rä­te­st­art in den Ar­beits­spei­cher geladen werden. Während des Boot-Prozesses über­mit­telt die Firmware die hierfür er­for­der­li­chen In­for­ma­tio­nen.

Die Daten des Be­triebs­sys­tems müssen direkt mit dem Ge­rä­te­st­art in den Ar­beits­spei­cher geladen werden. Möglich macht dies ein so­ge­nann­ter Boot­loa­der, auch Start­pro­gramm oder Urlader genannt. Boot­loa­der werden für ge­wöhn­lich direkt nach dem Start eines Geräts von einem start- bzw. boot­fä­hi­gen Medium wie einem Fest­plat­ten­lauf­werk, einer CD/DVD oder einem USB-Stick aus­ge­führt. Die In­for­ma­ti­on darüber, wo sich der Boot­loa­der befindet, erhält das Boot-Medium dabei von der je­wei­li­gen Firmware des Computers (z. B. BIOS). Der gesamte Vorgang wird allgemein auch als „Booten“ be­zeich­net.

Wenn Sie den Start­knopf eines Computers drücken, erhalten Sie auf dessen Bild­schirm zu­al­ler­erst einige In­for­ma­tio­nen über die ein­ge­bau­te Hardware. Die ver­ant­wort­li­che Software für diese Meldung ist dabei zunächst noch die bereits erwähnte Firmware des Geräts, die von Her­stel­lern in der Regel in einem Flash­spei­cher auf dem Mainboard, also der Haupt­pla­ti­ne des Computers, im­ple­men­tiert wird. Bei den meisten Desktop-PCs und Notebooks wird dabei auf das alt­be­währ­te BIOS (Basic Input/Output System) bzw. das modernere UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) gesetzt. Beide An­wen­dun­gen sammeln ver­schie­dens­te Hardware-Daten und erstellen in der Folge u. a. eine voll­stän­di­ge Auf­lis­tung aller ver­füg­ba­ren Laufwerke des Geräts.

Ist dieser Prozess ab­ge­schlos­sen, überprüft die Firmware die ge­fun­de­nen Da­ten­trä­ger der Reihe nach auf einen Boot­loa­der, wobei sie nach einer spe­zi­el­len Signatur – der so­ge­nann­ten Boot-Signatur (auch „Boot Record“) – Ausschau hält. Gestartet wird die Suche dabei immer auf den an­ge­schlos­se­nen bzw. ein­ge­leg­ten Wech­sel­me­di­en (CD/DVD, USB-Stick, externe Fest­plat­ten etc.), an­schlie­ßend sind die fest ein­ge­bau­ten Fest­plat­ten an der Reihe. Bei Letzteren liegt der Boot­loa­der bzw. dessen Signatur meistens im Master Boot Record (MBR), der auch die Par­ti­ti­ons­ta­bel­len des Da­ten­trä­gers enthält. Ist ein Boot­loa­der gefunden, wird er geladen und der Sys­tem­start initiiert. Bleibt die Suche erfolglos, wirft die Firmware eine Feh­ler­mel­dung aus.

Hin­sicht­lich des Spei­cher­orts von Boot­loa­dern haben sich zwei Varianten etabliert:

1. Der Boot­loa­der wird im ersten Block des boot­fä­hi­gen Mediums ge­spei­chert.
2. Der Boot­loa­der wird auf einer spe­zi­fi­schen Partition des Boot-Mediums ge­spei­chert.

Die erste Variante ist eng an das Prinzip der Master Boot Records geknüpft, die nämlich nicht nur den von der Firmware be­nö­tig­ten Verweis auf den Boot­loa­der, sondern auch die Start­soft­ware selbst enthalten. Für den Record wird immer der erste ver­füg­ba­re Spei­cher­block bzw. -sektor des Mediums re­ser­viert, den man aufgrund dieser wichtigen Funktion auch als Boot-Block bzw. Boot-Sektor be­zeich­net.

Im zweiten Fall nutzt das Be­triebs­sys­tem eine aus­ge­wähl­te Partition als Spei­cher­ort für den Boot­loa­der, wobei das zu­grun­de­lie­gen­de Da­tei­sys­tem und die ein­ge­setz­ten Par­ti­ti­ons­ta­bel­len ganz un­ter­schied­lich ausfallen können. Ent­schei­den­der Faktor ist dabei immer die Firmware, die bei diesem Boot­loa­der-Speicher-Modell immer auch ein spe­zi­fi­sches Da­tei­for­mat für den Start­ma­na­ger vorsieht. Bei Geräten mit UEFI handelt es sich dabei bei­spiels­wei­se um das Format PE/COFF (Portable Executable / Common Object File Format).

Boot­loa­der dienen als Ver­mitt­lungs­in­stanz zwischen Hardware und Be­triebs­sys­tem. Sobald ein Boot­loa­der von der je­wei­li­gen Firmware in­itia­li­siert wurde, erhält er die Sys­tem­ver­ant­wor­tung, um den Boot-Prozess ins Rollen bringen zu können. Die erste Aufgabe besteht dabei darin, den Haupt­spei­cher zu laden, der für die Funk­tio­na­li­tät des Pro­zes­sors un­er­läss­lich ist.

Im zweiten Schritt lädt der Boot­loa­der den Kernel des Be­triebs­sys­tems, also die ele­men­ta­re Kom­po­nen­te der Sys­tem­soft­ware, die sämtliche Speicher- und Pro­zes­sor­zu­grif­fe steuert und alle wich­tigs­ten Treiber enthält. Zu­sätz­lich arbeitet der Urlader ver­schie­de­ne Rou­ti­ne­auf­ga­ben und -befehle ab, z. B. die Ein­bin­dung des Da­ten­spei­chers. Einige Boot­loa­der führen außerdem Aufgaben aus, die über den ei­gent­li­chen Sinn der Start­soft­ware hin­aus­ge­hen. Dazu zählen bei­spiels­wei­se folgende Funk­tio­nen:

• Erkennen und Starten weiterer, ver­füg­ba­rer Boot­loa­der
• Ausführen von An­wen­dungs­pro­gram­men (wurde in den 1980er-Jahren häufig genutzt, um Com­pu­ter­spie­le direkt von einer Diskette zu starten)
• Korrektur falscher bzw. Ergänzung fehlender Funk­tio­nen und Einträge in der Firmware
• Laden einer al­ter­na­ti­ven Firmware

Nach er­folg­rei­chem Abschluss aller Aufgaben gibt der Boot­loa­der im letzten Schritt die Sys­tem­ver­ant­wor­tung an den Kernel weiter.

Damit haben wir die wich­tigs­ten Fakten zum Thema Boot­loa­der zu­sam­men­ge­fasst. Die folgende Tabelle listet ab­schlie­ßend die be­kann­tes­ten und wich­tigs­ten Boot­loa­der auf: