Linux操作系统的启动过程

Linux操作系统的启动过程一般分为四个阶段：

• BIOS启动引导阶段；
• GRUB启动引导阶段；
• 内核阶段；
• init初始化阶段。

BIOS启动引导阶段

系统上电开机后，主板BIOS运行POST（Power on self test）代码，检测系统外围一些设备（如：CPU、内存、显卡、I/O、键盘鼠标等），当设备检测通过后，系统开始启动自举程序，根据在BIOS中设置的启动顺序搜索启动驱动器（比如硬盘、光驱、网络服务器等），并获取第一个启动设备的代号，读取第一个启动设备的MBR的引导加载程序（即lilo、grub、spfdisk等）的启动信息，从MBR中装载启动引导管理器（GRUB）并运行该启动引导管理。至此进入GRUB启动引导阶段。

GRUB启动引导阶段

主要操作是装载stage1，装载stage1.5，装载stage2。

然后读取/boot/grub.conf文件显示启动菜单，装载所选的kernel和initrd文件到内存中。

BIOS通过下面两种方法之一来传递引导记录：

• 将控制权传递给initial program loader（IPL），该程序安装在磁盘主引导记录（MBR）中。  
• 将控制权传递给initial program loader（IPL），该程序安装在磁盘分区的启动引导扇区中。

上面两种方法比较后，无论上面的哪种情况中，IPL都是MBR的一部分，都需要MBR的参与。

IPL是GRUB阶段的第一个部分（stage1），他的作用就是定位和装载GRUB的第二个部分（stage2）；因为stage1没有文件系统识别能力，所以具有文件系统识别能力的stage1.5成为stage1和stage2之间连接的桥梁，这样GRUB才有能力去访问/boot分区/boot/grub目录下的 stage2文件，将stage2载入内存并执行。

stage2对启动系统起关键作用，该部分提供了GRUB启动菜单和交互式的GRUB的shell。

启动菜单在启动时候通过/boot/grub/grub.conf文件所定义的内容生成。

在启动菜单中选择了kernel之后，GRUB会负责解压和装载kernel image并且将initrd装载到内存中，最后GRUB初始化kernel启动代码，完成之后后续的引导权，被移交给kernel。

内核阶段

操作系统的核心是放在文件系统中的，要想正确加载核心就必须提前识别文件系统。

要想加载linux的核心就必须能识别linux的文件系统，核心文件一般会放在/boot/vmlinuz。

在系统启动的控制权移交给kernel后，Kernel会立即初始化系统中各设备并做相关配置工作，其中包括CPU、I/O、存储设备等。

配置过程中进行设备驱动加载的时候，一部分设备的驱动编入Linux Kernel中，Kernel会调用这部分驱动初始化相关设备；另外有一部分设备驱动并没有编入Kernel，而是作为模块形式放在initrd中。

initrd是一种基于内存的文件系统，启动过程中，系统在访问真正的根文件系统时，会先访问initrd文件系统。

将initrd中的内容打开来看，会发现有bin、dev、etc、lib、proc、sys、sysroot、init等文件（包含目录）。

initrd中的内容释放到rootfs（根文件系统）中后，Kernel会执行其中的init文件。

这个时候内核的控制权移交给init文件处理。

驱动加载后，会创建一个根设备，然后将根文件系统以只读的方式挂载。

这步结束后释放未使用内存并执行switch root，转换到真正的根上面去，同时运行/sbin/init程序，开启系统的1号进程，此后系统启动的控制权移交给 init 进程。

Init初始化阶段

在核心加载完成之后，系统就准备好了，等待程序的执行。整个linux系统中，第一个执行的程序就是“/sbin/init”。

具体步骤如下：

执行系统初始化脚本(/etc/rc.d/rc.sysinit)，对系统进行基本的配置，以读写方式挂载根文件系统及其它文件系统，到此系统基本算运行起来了；通过读取配置文件/etc/inittab确定启动后进入的运行级别，在选定运行级别后进入相应的“/etc/rc.d/rcX.d”目录中运行相应的服务内容，该目录下的内容全部都是以S或K开头的链接文件，这些链接文件都链接到“/etc/rc.d/init.d”目录下的各种shell脚本，通过执行这些shell脚本，完成了系统所有的启动任务，linux会启动终端或X-Window来等待用户登录。

Linux系统启动流程图及其相关文件

系统执行流程图