Daniel Martín's blog : Reparación de inicio

Cómo funciona la herramienta Reparación de inicio de Windows Vista (Parte III)

dmartin — Sun, 01 Mar 2009 14:58:00 GMT

En este artículo se va a describir el arranque de los sistemas operativos Windows Vista y Windows 7. Antes de comenzar, es necesario que veamos unas pinceladas del arranque de sistemas operativos anteriores, para poner el nuevo sistema de arranque en contexto.

El proceso de arranque en Windows XP y anteriores

El proceso de arranque comienza cuando la BIOS de la máquina lee el primer sector del disco duro. Este sector (el sector de arranque), típicamente contiene una porción de código denominada MBR (Master Boot Record), pero podría contener cualquier otro código ejecutable. En sistemas Windows XP y anteriores sistemas NT, dicho código apunta al fichero Ntldr mediante una cadena de tipo Unicode situada en una posición fija de dicho primer sector del disco duro. El archivo Ntldr es el encargado de leer el fichero Boot.ini, que contiene información importante sobre los sistemas que están instalados y cómo se debe arrancar cada uno de ellos. Si procede, Ntldr muestra al usuario una lista de sistemas operativos para que elija alguno mediante las flechas de dirección.

La nueva arquitectura de arranque

El problema principal de este esquema primitivo de arranque es que se trata de un esquema enormemente dependiente del hardware. Este problema se hizo patente cuando Intel desarrolló, a mediados de los años 90, una nueva especificación para sus máquinas Itanium, con el objetivo de evitar las limitaciones impuestas por el ya vetusto sistema PC BIOS. Esta especificación se denominó EFI (Extended Firmware Interface) y básicamente consiste en una interfaz entre el sistema operativo y el firmware de la máquina. EFI soporta tanto el esquema clásico de particiones basado en MBR como el nuevo esquema GPT (Guid Partition Table). La principal ventaja de este nuevo esquema es que no se ve afectado por las limitaciones de MBR, tales como el límite de 4 particiones primarias por disco y los 2TB como máximo por partición.

Con la salida al mercado de Windows Vista, Microsoft introdujo un nuevo almacén de configuración de arranque denominado almacén BCD (Boot Configuration Data). Podríamos decir que este almacén realiza las mismas funciones que el fichero Boot.ini realiza en sistemas Windows XP o anteriores. La diferencia fundamental reside en que el almacén BCD es independiente del hardware y es capaz de arrancar tanto sistemas PC BIOS tradicionales como sistemas basados en EFI. En el futuro podría darse soporte a nuevos esquemas de arranque.

La arquitectura del BCD está formada por tres componentes bien diferenciados: almacén BCD, objeto BCD y elemento BCD.

Almacén BCD

El almacén BCD es un contenedor de objetos BCD, entidad que a su vez contiene elementos BCD. Físicamente es un fichero binario con una estructura similar a los ficheros binarios que representan ramas del Registro del sistema. Su nombre es BCD y está situado en el directorio \Boot (en un sistema PC BIOS) o \EFI\Microsoft\Boot (en un sistema EFI) de la partición activa del disco.

Objetos BCD

Por defecto, el almacén BCD contiene los siguientes objetos BCD:

Administrador de arranque de Windows: Este objeto contiene entradas correspondientes a cada uno de los sistemas operativos instalados en la máquina. También existen parámetros adicionales, tales como el tiempo de espera hasta que se seleccione la entrada por defecto de dicho menú o la ordenación de la lista de sistemas operativos. Podríamos decir que este objeto BCD reemplaza la funcionalidad de la porción [boot loader] del fichero Boot.ini.
Cargador de arranque de Windows: Existe un objeto BCD de este tipo por cada sistema Windows Vista/Windows 7 que esté instalado en el equipo. Se podría decir que este objeto reemplaza la funcionalidad de la sección [operating systems] del fichero Boot.ini.
Ntldr: Este objeto BCD es opcional y contiene la información necesaria para arrancar sistemas Windows XP o anteriores. Nótese que el fichero Ntldr no sirve para nada en Windows Vista/Windows 7, excepto para arrancar sistemas anteriores.

Además de estos objetos BCD, las aplicaciones pueden crear sus propios objetos utilizando la interfaz de programación del almacén BCD. Por ejemplo, la utilidad de comprobación de memoria RAM incluida en el entorno de recuperación de Windows Vista/Windows 7 programa un análisis de RAM mediante el ejecutable Mdsched.exe, que crea un nuevo objeto BCD que apunta al ejecutable \Boot\Memtest.exe (en sistemas PC BIOS) o \EFI\Microsoft\Boot\Memtest.efi (en sistemas EFI). Otras aplicaciones de terceros podrían crear sus propios objetos en el BCD.

Elementos BCD

Los elementos BCD guardan los parámetros de configuración de cada uno de los objetos BCD. Estos parámetros, como ya se ha comentado, pueden ser la existencia de un depurador de kernel, el sistema operativo que iniciará por defecto, si se han activado las PAE (Physical Address Extensions), etc.

Este diagrama proporciona una visión global de la arquitectura del BCD:

Cada uno de los objetos BCD anteriores enlaza con un ejecutable diferente. Como ya se comentó, el objeto BCD correspondiente al análisis de memoria RAM enlaza con el ejecutable Memtest.exe o Memtest.efi. La entrada correspondiente al arranque de un sistema Windows Vista/Windows 7 enlaza con el ejecutable Winload.exe o Winload.efi, encargado de inicializar el núcleo del sistema operativo mediante Ntoskrnl.exe y cargar algunos controladores de arranque. Si el sistema hibernó por última vez, un objeto BCD apuntará al ejecutable Winresume.exe o Winresume.efi, que es el encargado de reanudar el sistema operativo para dejarlo tal cual estaba antes de ser hibernado.

¿Qué hace la herramienta Reparación de inicio si se encuentra con algún problema?

Si alguna de las estructuras comentadas anteriormente se ha dañado, el sistema no podrá arrancar. La herramienta Reparación del inicio habrá obtenido toda la información mediante su conjunto inicial de pruebas. Si la tabla de particiones, sector de arranque o almacén BCD estuviera dañado, el ejecutable BCDMD (Boot Critical Disk Meta-data Repair) se encarga de regenerar toda esta información. Esta herramienta básicamente realiza un análisis en busca de sistemas operativos, a la vez que compara esta información con la residente en el almacén BCD. Si la información del BCD no fuera coherente, esta herramienta es capaz de modificarla para que lo sea. Si los ficheros Winload.exe o Bootmgr no estuvieran o estuvieran dañados, Reparación de inicio puede recuperarlos en ciertas circunstancias, como ya vimos, mediante el comando Bfsvc.exe /nosetupcheck.

Otro de los problemas que puede afectar al arranque del sistema, como ya vimos, es una corrupción de los ficheros de sistema o bien un problema de permisos sobre ciertos ficheros importantes. Para el primer caso, Reparación del inicio ejecuta el comando Sfc.exe, cuyo funcionamiento se describió en un anterior artículo. Para el segundo caso, la herramienta reconstruye los permisos correctos, teniendo en cuenta que los ficheros del sistema operativo tienen una serie de permisos por defecto, para evitar su accidental eliminación o sobreescritura.

Si el Registro resultara estar corrupto, se puede recuperar a partir de la copia de seguridad del directorio %windir%\system32\config\RegBack. Si dicha copia tampoco estuviera en buen estado, se recurre a la copia con extensión .old que hay en el mismo directorio. Sin embargo, ante una corrupción del Registro la restauración del sistema se intenta aplicar siempre en primer lugar. El motivo es claro, las ramas de Registro del punto de restauración probablemente serán más recientes que las que hay en la carpeta RegBack. Solo se recurre a esta carpeta si no hubiera puntos de restauración disponible o estos no hubieran solucionado el problema.

Haciendo referencia a los puntos de restauración, la herramienta elige el más reciente que sea anterior a la causa que ha producido el fallo. Por ejemplo, si el usuario instaló un controlador y el sistema dejó de iniciar, Reparación del inicio intentará usar el punto de restauración más reciente anterior a la instalación del controlador. Para el caso de un Registro corrupto, la herramienta prueba con el punto de restauración más reciente que haya disponible.

Espero que toda esta información sobre el arranque de Windows Vista/Windows 7 y la herramienta Reparación del inicio les sirva para comprender un poco mejor cómo arranca el sistema operativo, qué estructuras están asociadas al arranque, qué problemas pueden surgir y cómo los aborda la herramienta de Reparación del inicio.

(Esta entrada ha sido programada. Daniel está en estos momentos en Redmond, Washington).

Cómo funciona la herramienta Reparación de inicio de Windows Vista (Parte II)

dmartin — Tue, 03 Feb 2009 11:48:00 GMT

En la parte primera de esta serie de artículos sobre la herramienta Reparación de inicio de Windows Vista se trató con detalle el conjunto de pruebas iniciales que realiza esta aplicación, así como las conclusiones que extrae en función de los signos experimentados en el sistema. Estas pruebas iniciales se centran principalmente en la primera fase del arranque del sistema operativo, pues lo más normal es que si hay un problema que impida que un equipo se inicie, tenga que ver con el disco en sí, con el MBR, con la tabla de particiones, con el sector de arranque, etc.

A continuación se comentará sobre el resto de comprobaciones que siguen a las pruebas iniciales si estas no han dado con una posible causa.

Pruebas adicionales

Como ya vimos, si el sistema no ha sido capaz de iniciarse y tanto el administrador de arranque como el cargador de arranque de Windows Vista no han reportado ningún error, es de suponer que el problema probablemente esté encuadrado en alguna fase posterior del arranque del sistema operativo. Si se detecta que ha sucedido una pantalla azul (bugcheck), la herramienta trata de realizar un análisis rudimentario del volcado de memoria resultante. Si no es capaz de extraer ninguna conclusión, supone sencillamente que es un controlador mal diseñado el culpable del problema.

En el caso de que no haya sucedido ninguna pantalla azul durante el último intento de arranque, el siguiente conjunto de pruebas tiene como objetivo detectar un posible fallo que anterior a la inicialización del sistema de ficheros. Un fallo de este tipo por lo general tiene que ver con permisos incorrectos sobre ficheros importantes del sistema operativo, o bien con un sistema de archivos corrupto. En el primer caso, lo que se hace es comparar los permisos de los ficheros de los directorios %windir%\system32 y %windir%\system32\drivers con los permisos originales tras una instalación limpia de Windows Vista. Los permisos originales sobre ficheros de sistema en Windows Vista son un tanto peculiares; esto tiene que ver con la característica WRP (Windows Resource Protection), que se tratará en un posterior artículo. La corrupción en el disco se analiza con la conocida herramienta Chkdsk.

Si las pruebas anteriores no sacan nada en claro, Reparación de inicio investiga si el usuario ha instalado alguna actualización o algún controlador tras el último inicio correcto del sistema. Para ello repasa los eventos del Visor de sucesos, físicamente disponible en la ruta %windir%\System32\winevt\Logs. Si se ha instalado un controlador y/o actualización, la herramienta supone automáticamente que es la causa del problema, sin realizar más pruebas.

Y con esto finalizan las pruebas que realiza la herramienta Reparación de inicio en Windows Vista y Windows Server 2008. Si tras todas las comprobaciones no se hubiera dado aún con el culpable, el sistema registra este hecho e intentará una restauración del sistema como último recurso.

En el siguiente artículo de la serie se tratarán los arreglos que realiza la herramienta Reparación de inicio, según el problema que haya detectado. Será un artículo en el que también se explique detalladamente el arranque de Windows Vista, que ha cambiado bastante con respecto a sistemas NT anteriores (XP, 2000, NT).

Cómo funciona la herramienta Reparación de inicio de Windows Vista (Parte I)

dmartin — Fri, 19 Dec 2008 18:31:00 GMT

No es extraño encontrarse de vez en cuando con un sistema operativo que ni siquiera es capaz de arrancar. En esos casos el usuario, al no tener apenas nada para poder operar y tratar de solucionar el problema, suele recurrir a un servicio técnico o bien reinstala el sistema operativo. Para evitar situaciones como ésta, Microsoft incorporó en Windows Vista una nueva herramienta especializada en el diagnóstico y la solución de la mayoría de problemas que afectan al correcto arranque del sistema: Reparación de inicio (Startup Repair). ¿Pero qué hace exactamente esta herramienta? ¿En qué casos nos podría servir y en cuáles no? Explicar en detalle el funcionamiento de la herramienta es el motivo de este artículo.

Introducción

Reparación de inicio consiste gráficamente en un asistente implementado en el ejecutable StartupRep.exe del directorio \Windows\System32. Para poder iniciar la herramienta es necesario que el equipo arranque en el entorno de recuperación de Windows (Windows Recovery Environment). Este entorno es la evolución de la Consola de recuperación presente en Windows anteriores. Para iniciar el sistema dentro del entorno de recuperación, hay que arrancar el sistema desde el DVD de Vista y seleccionar Opciones de recuperación del sistema. En la lista de herramientas disponibles, la primera es Reparación de inicio.

La aproximación que sigue la herramienta Reparación de inicio es la que seguiría un médico que está atendiendo a un paciente. Cuenta con una batería de comprobaciones para tratar de averiguar la causa del problema que está provocando que el sistema no arranque. Una vez determinada la o las posibles causas, la herramienta incorpora una serie de reparaciones que podrían solucionar el problema. Si la primera no lo soluciona, se pasa a la siguiente, y así sucesivamente. El orden de aplicación de las soluciones es algo que también decide la herramienta en función de los métodos aplicados con anterioridad y del tipo de problema que el usuario está experimentando.

Las comprobaciones que realiza la herramienta podrían dividirse en dos grandes grupos: Unas pruebas iniciales, centradas en las fases iniciales del arranque de la máquina, y una serie de pruebas más avanzadas, que solamente se realizan si las pruebas iniciales no han dado con la causa del problema. Las reparaciones que se realizan una vez finalizado el diagnóstico son tema de un próximo artículo.

Pruebas iniciales

Inicialmente, Reparación del inicio intenta detectar cuál es el disco de sistema (recuerde que éste es el disco que contiene los ficheros de arranque) y analiza, basándose en la tecnología SMART del disco, si hay algún tipo error. Un fallo en este punto es un fallo de hardware y el usuario probablemente tendrá que reemplazar físicamente el disco o su cable.

Seguidamente Reparación de inicio procede a analizar el disco en profundidad; dos son las estructuras que deben estar en perfecto estado para que el sistema arranque correctamente: la tabla de particiones y el sector de arranque de la partición de sistema. Si por algún motivo no se pudiera encontrar la partición de sistema, esto suele ser síntoma de que la tabla de particiones está dañada. Si se encontrara dicha partición pero no fuera legible, es posible que su sector de arranque esté corrupto. Asimismo es importante que la partición de sistema contenga dos ficheros críticos para el arranque: Bootmgr y Boot.ini.

El siguiente punto a comprobar es que haya un sistema operativo en el disco. Para ello se examina el almacén BCD del disco. Este almacén contiene la información necesaria para saber qué sistemas arrancar y cómo arrancarlos. Parte de la información de este almacén se almacenaba en el fichero Boot.ini en versiones anteriores de Windows. Una vez encontrado el sistema operativo, se comprueba la consistencia de los directorios más importantes del mismo, tales como System32, System32\drivers, System32\config, etc. Por supuesto, el sistema operativo debe ser Windows Vista o Windows Server 2008. Reparación de inicio no es compatible con versiones anteriores de Windows.

El fichero Bootmgr de la partición de sistema es el administrador de arranque de Windows Vista y es un archivo crítico para que el sistema arranque correctamente. Si dicho fichero estuviera corrupto, Windows puede recuperarlo copiando de nuevo los archivos de arranque desde una carpeta de origen. El ejecutable Bfsvc.exe es el encargado de hacer esto. Concretamente, Reparación de inicio llama a Bfsvc.exe mediante la siguiente sintaxis: Bfsvc.exe /nosetupcheck. El parámetro /nosetupcheck sirve para que Bfsvc.exe se ejecute incluso si el sistema está en proceso de instalación. Lo que hace Bfsvc.exe es básicamente copiar los archivos de arranque desde el directorio de orígen, que típicamente es C:\Windows\Boot.

Si aún no se hubiera encontrado la posible causa del problema, se examina el fichero Bootstat.dat, un fichero que, entre otras cosas, registra los inicios y apagados incorrectos del equipo. Es el encargado, por ejemplo, de hacerle saber al código de arranque de Windows que el sistema se apagó incorrectamente para así mostrar por defecto la pantalla de opciones de inicio avanzadas.

Reparación de inicio también verifica la consistencia de las ramas del registro, por si hubiera algún tipo de corrupción. Las ramas del registro residen en el directorio \Windows\System32\config y son las siguientes: SYSTEM, SOFTWARE, COMPONENTS y SAM. Como veremos en un posterior artículo, hay varias formas de recuperar un registro corrupto en Windows Vista, y la herramienta sabrá decidir qué método aplicar en cada caso. La rama COMPONENTS es nueva en Windows Vista y registra información relacionada sobre los componentes instalados en Windows Vista. Como esta información tiene que ir en sincronismo con el almacén de componentes (%windir%\winsxs), hay que tener cuidado a la hora de determinar si se debe reparar esa rama del registro o no.

Por último, si aún no se hubiera encontrado una causa del fallo tras todas las pruebas anteriores, es posible que el sistema sea incapaz de arrancar porque cíclicamente aparece una pantalla azul. Si fuera el caso, Reparación de inicio es capaz de extraer la información del volcado, residente en el archivo de paginación, y realizar un análisis básico para determinar al culpable. Por análisis básico se entiende que no se trata de un humano que está analizando el volcado de memoria, sino que únicamente se incorpora una correspondencia bastante simple entre algunos códigos de error grave (bugchecks) y su causa probable. Por ejemplo, el bugcheck MACHINE_CHECK_EXCEPTION (0x9C) suele ser indicativo de un módulo de RAM dañado, por lo que es probable que ante este código de error Reparación de inicio decida analizar la memoria RAM en el siguiente reinicio mediante el ejecutable Memtest.exe. Otro código de error con causa bastante conocida es el KERNEL_STACK_INPAGE_ERROR (0x77), cuyo causante principal es un error físico en el disco (salvo cuando el primer parámetro es 0, 1 ó 2, puede ver la descripción de este bugcheck en MSDN). Como podrá adivinar, ante este código de error es muy probable que el tratamiento consista en analizar el disco con el comando Chkdsk.

Si del código de error no se pudiera sacar nada en claro, la herramienta supone que el culpable del pantallazo azul es un controlador mal diseñado.

Una vez realizadas todas las pruebas iniciales, se anotan las posibles causas que se han detectado y se intenta reparar el problema siguiendo los métodos que se presentarán en un posterior artículo, junto con un conjunto adicional de pruebas, donde es menos probable que se detecte algún fallo pero que se ejecutan si el conjunto inicial de pruebas no hubiera detectado ninguna anomalía en el equipo.

Este diagrama de flujo resume el proceso de análisis básico de problemas de arranque: