Linux 启动过程
前言：
Linux是一种自由和开放源代码的类UNIX操作系统。该操作系统的内核由林纳斯·托瓦兹在1991年10月5日首次发布。在加上用户空间的应用程序之后，成为Linux操作系统。Linux是自由软件和开放源代码软件发展中最著名的例子。
Linux有许多常见的发行版本，如CentOS，Ubuntu，SUSE，Redhat ，NSDL等。像Ubuntu 每年的4月和10月都会出一个新的发行版本，CentOS 同样也是更新频繁，目的无非是为了以下三点：
1、修复一些bug和漏洞；
2、支持一些新硬件；
3、追求更高的性能和体验；
在上一篇 Windows的启动过程 ，操作系统启动过成功大致可以分为以下几步：
1、预引导
2、引导
3、加载内核
4、初始化内核
5、登录
同样，Linux操作系统也是按照这几步来实现引导和启动的，只是引导和启动程序不同而已；由于Linux发行版本众多且随着版本的升级，引导和启动过程也是存在一些差别的，本文将从CentOS 7 的引导和启动方式来进行讲解。
1、预引导阶段
1）BIOS 之加电自检：检查硬件是否正常
2）硬件检查正常，产生INT 13H中断，定位MBR程序并移交控制权给BootLoader。
注：
Windows 下的BootLoader 是Bootmgr(vista以后，xp是ntldr)，Linux 常见的是GRUB，GRUB2以及LILO。
CentOS 7及之后的版本用的是GRUB2。
这里需要说明下MBR和BootLoader的关系：MBR 即主引导记录，它的大小是512字节，有三部分构成：BootLoader引导信息（前446个字节）、分区表信息（中间64个字节），结束符（55AA）。
下面给出我的机器硬盘信息如下：
从上图可以看出机器只有一块硬盘，2个分区。我们再来看下该硬盘的前512字节值：
我们可以看到最后是以55AA结束的。
在CentOS 7 中BootLoader 使用的GRUB2，grub2使用img文件，不再使用GRUB1 （CentOS 6 使用）中的stage1、stage1.5 和 stage2，GRUB2 程序是由多个img构成的，其中boot.img 承担了MBR的角色，grub2将boot.img转换后的内容安装到MBR(VBR或EBR)中的boot loader部分；信息如下：
大小为512字节，接着我们来看一下boot.img类容是否和MBR是一样的？boot.img内容如下：
对比上面/dev/sda硬盘的前512个字节，中间确实有一部分是一样，但是不完全一样，因为是做了转化的。它的作用就是找到接下来要说的core.img。
2、引导阶段
1）根据BIOS选择的启动信息，动态生成core.img
在CentOS 7 中core.img 是由grub2-mkimage程序动态创建动态生成的，它的组成如下：
i）如果启动设备是硬盘，即从硬盘启动时，core.img中的第一个扇区的内容就是diskboot.img。
ii）如果启动设备是光驱(cd-rom)，即从光驱启动时，core.img中的第一个扇区的的内容就是cdboot.img。
iii）如果是从网络的PXE环境启动，core.img中的第一个扇区的内容就是pxeboot.img。
注:
这里的kernel.img 并不是linux 内核，它只是GRUB2的核心部分，和操作系统的内核无关。
modules:可以动态加载的模块。
这些img原始信息是存放在/usr/lib/grub/i386-pc 目录下的，其中/boot/grub2/i386-pc目录下的boot.img 也是在安装grub时从这里拷贝过去的。
2）加载core.img 到内存
由于MBR 大小仅有512个字节，因此要想完成更多的功能，还需要加载更大点的程序到内存中来，因此在这个阶段就需要由前面的boot.img 来引导或者找到更大的程序，但是系统在没启动时，MBR根本找不到文件系统，也就找不到大程序所存放的位置，所以需要加载能够识别文件系统的驱动 ，而core.img 就可以完成这个动作，即core.img 能够完成GRUB1 在1.5 阶段完成的任务，因此需要将core.img 加载到内存中来。 core.img 文件会存储在第一个分区的开始位置，即在扇区 63 和 MBR（扇区 0）之间遗留下 62 个 512 字节的扇区（共 31744 字节）中。
大小是26703 ，尽管这个不固定大小，但是31744 字节空间是完全可以存放下的。
注：
细心的朋友可能注意到kernel.img 的大小都已经大于core.img大小了，其实因为这个core.img是经压缩过的。
3）加载驱动识别文件系统
core.img 会包含一些通用的文件系统驱动程序，如标准的 EXT 和其它的 Linux 文件系统，如 FAT 和 NTFS 等。GRUB2 的 core.img 远比更老的 GRUB1 阶段 1.5 更复杂且更强大。能够识别文件系统后，才能将存于/boot 目录下的文件，其中就包括Linux 内核和运行时加载的模块等文件读取。
3、加载内核
1）加载内核到内存
bootloader （这里是core.img）从硬盘中读取内核到内存，除了读取内核还会将一个虚拟文件系统(或叫内存文件系统）读入内存；内存文件系统 initramfs 是经过gzip 的 cpio 归档，其中包含启动时所有必要的硬件内核模块、初始化脚本等。内核的相关文件位于 /boot 目录下，这些内核文件可以通过其文件名进行识别，其文件名均带有前缀 vmlinuz。
2）将控制权移交至内核
4、初始化内核
1）加载驱动并挂载真正的根文件系统
内核初始化在 initramfs 中找到驱动程序的所有硬件，Kernel会以只读方式挂载根文件系统，当根文件系统被挂载后，内核与文件由虚拟文件系统(内存文件系统)切换至真实的系统根文件系统并将initramfs 从内存中移除。
注：
因为Kernel为了精简，只保留了最基本的模块，因此，Kernel上并没有各种硬件的驱动程序，也就无法识rootfs所在的设备，故产生了initramfs 这个文件，该文件装载了必要的驱动模块，当Kernel启动时，可以从initramfs文件中装载驱动模块，直到挂载真正的rootfs，然后将initramfs 从内存中移除。
我们可以通过lsinitrd 命令查看initramfs文件内容，如下：
由于执行后命令后，内容会比较多，几乎和真实的根“/”系统下面目录内容差不多。这里就不截图了。感兴趣的可以自己看下。
2）systemed初始化阶段
CentOS7中我们的初始化（init）进程变为了systemd。执行默认target文件/etc/systemd/system/default. target（这是一个软链接，与默认运行级别有关）。然后执行sysinit.target来初始化系统和basic.target来准备操作系统。接着启动multi-user.target下的本机与服务器服务，并检查/etc/rc.d/rc.local文件是否有用户自定义脚本需要启动。最后执行multi-user下的getty.target及登录服务，检查default.target是否有其他的服务需要启动，最后等待用户登录。
注：
/etc/systemd/system/default.target指向了/lib/systemd/system/目录下的graphical.target或multiuser.target。而graphical.target依赖multiuser.target，multiuser.target依赖basic.target，basic.target依赖sysinit.target，所以倒过来执行。
这里我们可以看出default.target是/lib/systemd/system/multi-user.targetd的软连接，因为其运行在level 3；
进入/lib/systemd/system 目录，我们发现会有几个runlevel *.target开头的文件，查看详细信息如下：
我们发现这个几个文件都是软连接，这其实是为了兼容老版本的。我们发现runlevel 2|3|4.target 都是指向multi-user.target文件的。那从default.target看只知道运行 multi-user.target，但是具体是2还是3级呢？（4级保留，未为使用）。可以通过如下命令查看：
[root@localhost system]# runlevel
N 3
或
[root@localhost system]# who -r
run-level 3 2020-03-20 10:14注：
runlevel，运行级别，不同的级别会启动的服务不一样，init会根据定义的级别去执行相应目录下的脚本，Linux的启动级别分为以下几种：
0：关机模式
1：单一用户模式(直接以管理员身份进入)
2：多用户模式（无网络）
3：多用户模式（命令行）
4：保留
5：多用户模式（图形界面）
6：重启
5、登录
1）鉴权
初始化进程会启动进程getty，getty等待用户输入用户名，当用户输入用户名后就会启动login程序，该程序负责认证用户。用户认证信息是从/etc/passwd 或 /etc/shadow 得到用户名和密码信息的，以及认证成功后的工作目录的与交互式shell程序。类似于Windows认证成功时运行的explorer.exe，也就是一个Windows 的 shell 程序。
/etc/passwd中一行记录对应着一个用户，每行记录又被冒号(:)分隔为7个字段，其格式和具体含义如下：
用户名:口令:用户标识号:组标识号:注释性描述:主目录:登录Shell
如我机器的 /etc/passwd 内容如下：
/etc/shadow 这个文件的每行代表一个用户，同样使用":"作为分隔符，划分为 9 个字段
1、账户名称
2、加密后的密码，如果这一栏的第一个字符为!或者*的话，说明这是一个不能登录的账户，ubuntu默认的就不启用root账户。
3、最近改动密码的日期（这个是从1970年1月1日算起的总的天数）。
4、密码不可被变更的天数：设置了这个值，则表示从变更密码的日期算起，多少天内无法再次修改密码，如果是0的话，则没有限制
5、密码需要重新变更的天数：如果为99999则没有限制
6、密码过期预警天数
7、密码过期的宽恕时间：如果在5中设置的日期过后，用户仍然没有修改密码，则该用户还可以继续使用的天数
8、账号失效日期，过了这个日期账号就无法使用
9、保留的
如我机器的 /etc/passwd 内容如下：
注：为什么有了/etc/passwd 文件还要有/etc/shadow文件呢？
/etc/passwd 文件，由于该文件允许所有用户读取，易导致用户密码泄露，因此 Linux 系统将用户的密码信息从 /etc/passwd 文件中分离出来，并单独放到了此文件中。
/etc/shadow 文件只有 root 用户拥有读权限，其他用户没有任何权限，这样就保证了用户密码的安全性。
2）登录成功，加载环境变量
上面如果鉴权成功后，接着就会加载一些环境变量，加载顺序：
/etc/profile --> /etc/profile.d/*.sh --> ~/.bash_profile --> ~/.bashrc --> /etc/bashrc
注：前面两个是全局配置文件，后面三个是个人配置文件；其
1. profile类的文件：
设定环境变量
运行命令或脚本
2. bashrc类的文件：
设定本地变量
定义命令别名
好了，到这里就能看到我们个性化的终端或界面了。如果有写的不对或不周的地方欢迎指正。
CentOS6启动流程（含详细流程图）