Linux 操作系统启动过程 【以Ubuntu 12.04 为例】

       主要来自参考的第一篇文章，参考的第一篇文章写的很好。

       经过自己的整理后发现，Linux 启动过程工作内容基本相同，但是每步所用到的文件就不一样了。

一、启动步骤

     1、启动第一步－－加载BIOS

      当你打开计算机电源，计算机会首先加载BIOS信息（嵌入式的bootloader??），BIOS信息是如此的重要，以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后，计算机心里就有谱了，知道应该去读取哪个硬件设备了。

       2、启动第二步－－读取MBR

       众所周知，硬盘上第0磁道第一个扇区被称为MBR，也就是Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是512字节，别看地方不大，可里面却存放了预启动信息、分区表信息。系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后，就会将其复制到0×7c00地址所在的物理内存中。其实被复制到物理内存的内容就是Boot Loader，而具体到你的电脑，那就是lilo或者grub了。

      3、启动第三步－－Boot Loader

      Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好一切准备。

      Boot Loader有若干种，其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的Loader。Grub 可能大家比较熟悉，下面的第二大点也会涉及到grub。

      4、启动第四步－－加载内核

      根据grub设定的内核映像所在路径，系统读取内存映像，并进行解压缩操作。此时，屏幕一般会输出“Uncompressing Linux”的提示。当解压缩内核完成后，屏幕输出“OK, booting the kernel”。

      系统将解压后的内核放置在内存之中，并调用start_kernel()函数来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备，完成Linux核心环境的建立。至此，Linux内核已经建立起来了，基于Linux的程序应该可以正常运行了。

     5、启动第五步－－用户层init依据inittab文件来设定运行等级

        Linux 运行等级：

     

        内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，该程序会读取/etc/inittab文件，并依据此文件来进行初始化工作。

其实/etc/inittab文件最主要的作用就是设定Linux的运行等级，其设定形式是“：id:5:initdefault:”，这就表明Linux需要运行在等级5上。

       在 Ubuntu 下与 /etc/inittab 对应的文件是 /etc/init/rc-sysinit.conf。 本机的 /etc/init/rc-sysinit.conf 文件内容如下：

# rc-sysinit - System V initialisation compatibility
#
# This task runs the old System V-style system initialisation scripts,
# and enters the default runlevel when finished.

description	"System V initialisation compatibility"
author		"Scott James Remnant "

start on (filesystem and static-network-up) or failsafe-boot
stop on runlevel

# Default runlevel, this may be overriden on the kernel command-line
# or by faking an old /etc/inittab entry
env DEFAULT_RUNLEVEL=2

emits runlevel

# There can be no previous runlevel here, but there might be old
# information in /var/run/utmp that we pick up, and we don't want
# that.
#
# These override that
env RUNLEVEL=
env PREVLEVEL=

console output
env INIT_VERBOSE

task

script
    # Check for default runlevel in /etc/inittab
    if [ -r /etc/inittab ]
    then
	eval "$(sed -nre 's/^[^#][^:]*:([0-6sS]):initdefault:.*/DEFAULT_RUNLEVEL="\1";/p' /etc/inittab || true)"
    fi

    # Check kernel command-line for typical arguments
    for ARG in $(cat /proc/cmdline)
    do
	case "${ARG}" in
	-b|emergency)
	    # Emergency shell
	    [ -n "${FROM_SINGLE_USER_MODE}" ] || sulogin
	    ;;
	[0123456sS])
	    # Override runlevel
	    DEFAULT_RUNLEVEL="${ARG}"
	    ;;
	-s|single)
	    # Single user mode
	    [ -n "${FROM_SINGLE_USER_MODE}" ] || DEFAULT_RUNLEVEL=S
	    ;;
	esac
    done

    # Run the system initialisation scripts
    [ -n "${FROM_SINGLE_USER_MODE}" ] || /etc/init.d/rcS

    # Switch into the default runlevel
    telinit "${DEFAULT_RUNLEVEL}"
end script

        6、启动第六步－－init进程执行rc.sysinit   Ubuntu下文件不一样

        在设定了运行等级后，Linux系统执行的第一个用户层文件就是/etc/rc.d/rc.sysinit脚本程序，它做的工作非常多，包括设定PATH、设定网络配置（/etc/sysconfig/network）、启动swap分区、设定/proc等等。如果你有兴趣，可以到/etc/rc.d中查看一下rc.sysinit文件，里面的脚本够你看几天的:P

        7、启动第七步－－启动内核模块  Ubuntu下文件不一样

        具体是依据/etc/modules.conf文件或/etc/modules.d目录下的文件来装载内核模块。

        8、启动第八步－－执行不同运行级别的脚本程序

       根据运行级别的不同，系统会运行rc0.d到rc6.d中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。

        9、启动第九步－－执行/etc/rc.d/rc.local  Ubuntu下文件不一样

       你如果打开了此文件，里面有一句话，读过之后，你就会对此命令的作用一目了然：

# This script will be executed *after* all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don’t
# want to do the full Sys V style init stuff.

       rc.local就是在一切初始化工作后，Linux留给用户进行个性化的地方。你可以把你想设置和启动的东西放到这里。

        10、启动第十步－－执行/bin/login程序，进入登录状态

       此时，系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了，你已经可以用自己的帐号登入系统了。

二、第三第四步详解

       grub一个来自GNU项目的多操作系统启动程序。GRUB是多启动规范的实现，它允许用户可以在计算机内同时拥有多个操作系统，并在计算机启动时选择希望运行的操作系统。GRUB可用于选择操作系统分区上的不同内核，也可用于向这些内核传递启动参数。

       系统的启动是从读取grub.cfg(Ubuntu下是grub.cfg,不同操作系统，类似功能的文件名可能是menu.lst或grub.lst)开始的，grub.cfg文件的位置是在/boot/grub目录下。如果电脑上安装的是双系统的话，也可以通过修改grub.cfg文件，改变系统的启动项的排列顺序、等待时间等。

      将文件打开后文件中有这么一段：(一开始 Windows 7 是在最下面的，我把 Windows 7 那项剪切到Ubuntu 的下面，这样每次启动的时候基本上就只要在第一第二项选择了)

         

       这是一个标准的ubuntu引导菜单，menuentry那一行显示了该项目的名称，insmod是Linux下的指令，是加载模块的意思。 

       我们已经知道，IDE接口的硬盘是hd表示，SATA和SCSI接口的硬盘都是sd表示，那为什么grub文件有一行“setroot='(hd0,8)'”代码呢？不应该是“sd”吗？通过在网上查找的相关资料，对于grub文件来说，硬盘都是用hd表示的，磁盘号是从0开始计算的，分区号是则是从1开始计算的（grub2是从1开始计算的，grub1是从0开始计算的），而对于Linux内核来说，IDE硬盘是hd表示的，SATA硬盘是用sd表示的，磁盘序号从a开始计算的，分区号是从1开始计算的。我电脑中的Linux系统是 Ubuntu 12.04 LTS 版本，grub文件是grub2版本。所以grub文件中的（hd0，8）代表的是第一块硬盘上的第八个分区即sda8。

       search指令是寻找内核的意思，这就真正进入了Linux系统的引导过程，内核的存放位置是在/boot目录下。下面一行中的linux是一个指令，它告诉grub程序使用后面给出的内核，于是这个名为“vmlinuz-3.5.0-40-generic”的内核就被载入内存，并读取“root=UUID=abdb3fa2-45cd-447d-8cc5-83cf326195bd”这个分区的一些必要的文件。

       第一个启动项的最后一行的命令的意思是：用名为“/initrd.img-2.6.32-33-generic”的文件先在内存中构造一个“虚拟”的根文件系统，以便于内核检测完硬件信息后载入必需的模块等等。

        grub的工作到此结束，下面将由Linux内核接管电脑的控制权，开始初始化阶段。到目前为止还没有挂载根分区。然后Linux系统会读取一个名为fstab的文件，并按照其中的指令逐行的执行，下面来看一下fstab文件(/etc/fstab)。

     
      #号开头的行是注释，是说明性的文字，在执行指令的时候并不会执行它。
      linux挂载分区的时候将自上而下，顺序执行。第一个起作用的行是proc，关于proc的介绍请查看http://www.2cto.com/os/201202/119553.html
      首先要将sda7挂载到”/”下，这就是linux最先被挂载的根分区；然后继续把sda8挂载到“/ToExtendUbuntu”，sda6“挂载”到交换分区，这个交换分区有点特殊，因为他并没有被“附属”于/，而是独立使用的。
      到此为止，Linux中系统用到的分区都已经挂载完毕。可以使用系统了。

参考：http://blog.csdn.net/armlinuxww/article/details/9333793

            http://www.2cto.com/os/201202/119554.html  第3点