Linux开机启动流程

Linux启动流程图

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1.BIOS

当我们按下电源按键后，计算机硬件会自动读取主板上的BIOS（Basic Input/Output System）来加载硬件信息以及硬件系统的自我测试。BIOS也是一套程序，它知道如何与硬件进行交互。BIOS首先会对硬件进行检查，判断计算机硬件是否能满足运行的基本条件，这叫做“硬件自检”（Power-On Self-Test，简称 POST）。

硬件自检后，BIOS 会将控制权交给下一段启动程序。这时，BIOS需要知道，”下一阶段的启动程序”具体存放在哪一个设备。也就是说，BIOS需要有一个外部存储设备的排序，排在前面的设备就是优先转交控制权的设备。这种排序叫做”启动顺序”（Boot Sequence）。

因此，BIOS按照”启动顺序”，把控制权转交给排在第一位的存储设备。

2.MBR

系统读取位列第一的可启动存储设备。计算机先读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512个字节。这最前面的512个字节，就叫做”主引导记录”（Master boot record，缩写为MBR）。MBR 只有512字节，放不了太多东西，它主要告诉计算机从该设备的哪一个分区（partition）来装载引导加载程序（boot loader）。Boot Loader 储存有操作系统（OS）的相关信息，比如操作系统名称，操作系统内核（kernel）所在位置等。它的主要功能就是加载内核到内存中去执行。常用的 boot loader 有 GRUB 和 LILO 。

那我们经常说到的多操作系统是怎么回事呢？其实每个文件系统（或分区）的最前面会保留一个引导扇区（boot selector），这个引导扇区可以安装 boot loader。这样我们在每个 boot loader 中对应不同的操作系统，在读取 MBR 的时候选择我们需要启动的 boot loader 即可。

3.kernel

随后，boot loader 会帮助我们加载内核，内核就会开始检测硬件与加载驱动程序。没错，内核会以自己的功能重新检测一遍硬件，而不一定会使用 BIOS 检测到的硬件信息。也就是说，内核此时才开始接管 BIOS 后的工作。

Kernel 实际上是一个用来操作计算机的程序，它是计算机操作系统的内核，主要的任务是管理计算机的硬件资源，充当软件和硬件的接口。操作系统上的任何操作都要通过 kernel 传达给硬件。

4.init process

在内核加载完毕以后，此时内核会主动调用第一个进程，那就是 /sbin/init，它的作用就是初始化系统环境。使用pstree命令会发现init的进程编号（PID）是1，也就是说init是第一个运行的程序，其他所有进程都从它衍生，都是它的子进程。

许多程序需要开机启动。它们在Windows叫做”服务”（service），在 Linux 就叫做”守护进程”（daemon）。

init 进程的一大任务，就是去运行这些开机启动的程序。但是，不同的场合需要启动不同的程序，比如用作服务器时，需要启动 Apache，用作桌面就不需要。Linux 允许为不同的场合，分配不同的开机启动程序，这就叫做”运行级别”（run level）。也就是说，启动时根据”运行级别”，确定要运行哪些程序。

基本上，依据有无网络与有无 X Window ，Linux 将 run level 划分为7个等级（0-6）。其中0是关机，1是单用户模式，6是重启。而 2-5，一般来说都是多用户模式。

Linux 在启动各个服务前会先执行一系列的初始脚本（rc.sysinit）。这些脚本执行如下功能：设置计算机名称，时区，检测文件系统，挂载硬盘，清空临时文件，设置网络……
之后会根据运行级别的不同，系统会运行 rc0.d 到 rc6.d 目录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。rc*.d目录中存放的是该运行级别中需要执行的服务脚本的软链接文件（即快捷方式）。

除此之外，Linux 还会运行一些其他的初始脚本。运行完后，操作系统已经完全准备好了，只是，还没有人可以登录！！！init 会给出登录（login）对话框，或者是图形化的登录界面。

5.login

输入用户名密码登录成功后，系统会为用户分配一个用户 ID（UID），和一个组 ID（GID）。这两个 ID 就好像身份证一样会一直伴随用户，用于检测用户执行程序时的身份验证。

当用户登录成功后，一个完整的操作系统就展现在用户的面前了。

总结

结合一开始给出的流程图，Linux 的启动流程可以概括为以下几个主要步骤：
1.加载 BIOS 的硬件信息与硬件自检，并依据设置取得第一个可启动的设备；
2.读取并执行第一个启动设备内的MBR的 boot loader；
3.依据 boot loader 的设置加载内核，内核会开始检测硬件与加载驱动程序；
4.在内核 Kernel 加载完毕后，Kernel 会主动调用 init 进程，而 init 会取得 run-level 信息；
5.init 执行 rc.sysinit 初始化系统的操作环境（网络、时区等）；
6.init 启动 run-level 的各个服务；
7.用户登录

要注意在一开始的流程图中 init 虽然只用了一个模块展现出来，但其实在启动过程中 init 占了很大的比重