Windows系统安装原理那点事

开头先放上我的两盘现成的菜：

链接，点击访问：安装纯净Windows系统（一）：U盘安装
链接，点击访问：安装纯净Windows系统（二）：硬盘安装

这两篇文章讲了安装系统的一些操作，所以这篇文章我打算详解安装操作系统的一些东西。

一、安装镜像：ISO，WIM与ESD

.iso是电脑上光盘镜像（CD Mirror）的存储格式之一，因为其是根据ISO-9660有关CD-ROM文件系统标准存储的文件，所以通常在电脑中以后缀.iso命名，俗称iso镜像文件。它形式上只有一个文件，可以真实反映光盘的内容，可由刻录软件或者镜像文件制作工具创建。
——百度百科

Windows 映像文件格式（WIM）是一个基于文件的磁盘映像格式。它由微软公司设计且发布于Windows Vista及其之后的Windows操作系统中，用来支持他们的一部分标准安装过程。
——维基百科

ESD，极限压缩镜像的缩写，是目前微软推出的压缩率最高的一种文件，一般用于系统大版本更新的推送。
——本人总结

（一）、ISO镜像

ISO镜像是通用的打包镜像，通过它我们可以制作启动U盘或者刻录启动光盘。除了Windows系统以外，诸如Ubuntu等Linux发行版也是用这种格式来进行打包的。这里主要讲解Windows系统安装镜像的目录结构。

如何挂载一个ISO镜像：点击访问（外链）

挂载ISO镜像，或者使用如7zip那样的压缩软件打开ISO镜像就可以查看ISO的目录。这里以一个Windows 10 1709的镜像为例：

ISO目录

boot：BIOS启动需要的文件
EFI：UEFI启动所需文件
sources：Windows安装ESD镜像或者WIM镜像所在文件夹，同时包含了Windows预安装环境（WinRE）以及从一个Windows系统启动安装所需的文件
support：一些帮助信息，部分镜像含有文件转移工具
autorun.inf：自动播放文件，用于挂载镜像后自动启动安装与个性化盘符图标
bootmgr：BIOS启动的引导文件
bootmgr.efi：UEFI启动的引导文
setup.exe：用于启动安装程序的程序文件

sources下面有两个很重要的文件，一个是boot.wim，这个文件是官方镜像从U盘或者光盘启动安装的关键；还有一个是install.esd或者install.wim，这个文件包含了Windows系统的完整内容。

文件

在PE工具箱下手动安装系统就需要使用install.wim / install.esd这个文件。

（二）、WIM镜像

WIM镜像

使用7zip打开该镜像，如图：

WIM目录

INSTALL.WIM里面包含了多个目录与一个XML文件，每一个目录即使一个操作系统，不同的目录代表着不同版本的系统（家庭版、专业版等）。通过压缩软件，我们看不到系统的版本，所以，我们要使用DISM++来解决问题。

打开

按照提示，打开install.wim或者install.esd文件，

文件

这样就可以看到详细信息了。使用这些镜像安装系统请参考：DISM++官方文档

（三）、ESD镜像

一般情况下，由媒体创建工具获取的初始镜像其实是一个完整的ESD镜像，然后通过解压与转换把ESD镜像写入U盘或者生成ISO镜像。通过媒体创建工具生成的ISO镜像的sources目录下会存在一个install.esd而不是install.wim，而由于esd格式压缩率最高，因此同样的内容下ESD镜像使用的空间也最少。使用DISM++可以把ESD镜像转换成ISO镜像，但是，DISM++会把install.esd转换成install.wim文件。

ESD目录

ESD目录接近于WIM，但是完整版ESD包含了一个ISO所有的信息，所以部分目录下（一般是1,2,3）包含的其实不是Windows系统，而是其它系统文件。install.esd包含的内容与install.wim是一样的。

二、WindowsRE，WindowsPE与PE工具箱

WindowsRE：Windows RE的全称为Windows Recovery Environment[1]，即Windows 恢复环境。Windows RE实质上是提供了一些恢复工具的Windows PE。Windows RE是Windows Vista增加的新特性。此外，用微软提供的DaRT和Windows中的“创建系统修复光盘”也可以创建Windows RE可引导恢复光盘。
——百度百科

WindowsPreinstallation Environment（Windows PE），Windows预安装环境，是带有有限服务的最小Win32子系统，基于以保护模式运行的Windows XP Professional及以上内核。它包括运行Windows安装程序及脚本、连接网络共享、自动化基本过程以及执行硬件验证所需的最小功能。
——百度百科

PE工具箱是基于微软官方提供的WindowsPE镜像由各路第三方开发者定制而成的，主要的有微PE工具箱、优启通等作品。

大多数时候一个PE工具箱更加适合普通用户，如图（以微PE工具箱为例子）：

安装

该PE工具箱可以安装到本机硬盘、移动硬盘与U盘，也可以生成ISO镜像。使用方法参见：

https://www.jianshu.com/p/1f3f8b27cdd0

三、系统安装

WindowsRE、WindowsPE与PE工具箱（以下统称PE环境）在启动之后其实都完全运行在内存里面，因此你可以对硬盘做出任何改动，包括删除全部分区与全盘格式化这些个操作。不过，在删除全部分区或者全盘格式化之后PE环境的启动文件会丢失，如果不安装新的操作系统，重启后的电脑将无法启动，此时你只能插入安装U盘、光盘或者PE工具箱的U盘、移动硬盘来重新安装系统。

请查看本文开头的链接以了解如何安装操作系统

Windows系统的安装的主要过程：

1、在一个PE环境下完成对本机硬盘的访问与调整，然后向目标分区写入完整的Windows系统的文件；
2、Windows系统文件写入硬盘的过程完成之后重新启动电脑，同时移除所有的PE环境相关设备（U盘等），电脑开始启动新的Windows系统，Windows系统会自动开始初始化并安装基础的驱动程序；
3、Windows系统再次重启，进入用户初始化设置界面，设置完成之后就可以进入系统。用户需要在进入系统之后激活系统，同时安装格外的驱动程序。Windows 8.1以上系统可以自动从Windows Update安装驱动，Windows 7则需要提前下载好包含了网卡驱动驱动包。

驱动总裁：http://www.drvceo.com/

下载驱动

下载网卡版

四、系统引导与启动分区、系统分区

系统引导就是一个把系统内核载入内存，然后让系统内核启动整个操作系统的过程。Windows系统的启动过程如下：

BIOS模式：

BIOS模式启动系统

UEFI模式：

UEFI模式启动系统

UEFI启动需要GPT模式的分区，并向下兼容U盘等可移动存储的MBR分区；BIOS启动需要MBR模式的分区，否则系统可能无法启动。

知乎的讨论：https://www.zhihu.com/question/28471913

启动分区在MBR分区上与GPT分区上都存在。GPT分区一般是一个单独的ESP分区作为启动分区；MBR模式下使用微软官方安装程序安装的系统会有一个500M的启动分区，手动安装的则一般是启动分区与系统分区在一个分区。

最后说一句，U盘启动安装与硬盘启动安装的原理是一样的，只是方式不一样。

参考资料：

http://blog.csdn.net/mao0514/article/details/51162915
https://en.wikipedia.org/wiki/BIOS
https://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Extensible_Firmware_Interface