Linux系统启动流程详解

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前言：

Linux系统的启动流程大体分为以下几个部分；因为在 BIOS阶段，计算机的行为基本上被写死了，可以做的事情并不多；一般就是通电、BIOS、主引导记录、操作系统这四步(对这四步感兴趣的小伙伴可以看这篇博客 计算机是如何启动的？)。所以我们本篇文章从加载内核开始。

第一步：加载内核

第二步：启动初始化进程

第三步：确定运行级别

第四步：加载开机启动程序(系统初始化)

第五步：用户登录

第六步：进入login shell

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前言：

Linux系统的启动流程大体分为以下几个部分；因为在 BIOS阶段，计算机的行为基本上被写死了，可以做的事情并不多；一般就是通电、BIOS、主引导记录、操作系统这四步(对这四步感兴趣的小伙伴可以看这篇博客 计算机是如何启动的？)。所以我们本篇文章从加载内核开始。

第一步：加载内核

当计算机打开电源后，首先是BIOS开机自检，按照BIOS中设置的启动设备（通常是硬盘）来启动。

操作系统接管硬件以后，首先读入 /boot 目录下的内核文件

 

第二步：启动初始化进程

内核文件加载以后，就开始运行第一个程序 /sbin/init，它的作用是初始化系统环境

由于init是第一个运行的程序，它的进程编号（pid）就是1。其他所有进程都是它的子进程 。如图：

注：init 程序首先是需要读取配置文件 /etc/inittab，它是运行级别的设置文件

第三步：确定运行级别

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"（runlevel）。也就是说，启动时根据"运行级别"，确定要运行哪些程序。

 Linux预置七种运行级别（0-6）：

• 运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动
• 运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆
• 运行级别2：多用户状态(没有NFS)
• 运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式
• 运行级别4：系统未使用，保留
• 运行级别5：X11控制台，登陆后进入图形GUI模式
• 运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动

问题：系统怎么知道每个级别应该加载哪些程序呢？

因为：每个运行级别在/etc目录下面，都有一个对应的子目录，指定要加载的程序。

for example：查看运行级别2有些什么程序？

可以看到，除了第一个文件README以外，其他文件名都是"字母S+两位数字+程序名"的形式。

字母S	Start 启动——启动的脚本运行参数为start
字母K	Kill 关闭(如果从其他运行级别切换过来，需要关闭的程序)——启动脚本的运行参数为stop

后面的两位数字表示处理顺序，数字越小越早处理

这个目录里的所有文件（除了README），就是启动时要加载的程序。如果想增加或删除某些程序，不建议手动修改 /etc/rcN.d 目录，最好是用专门命令进行管理。

第四步：加载开机启动程序(系统初始化)

前面提到，七种预设的"运行级别"各自有一个目录，存放需要开机启动的程序。不难想到，如果多个"运行级别"需要启动同一个程序，那么这个程序的启动脚本，就会在每一个目录里都有一个拷贝。这样会造成管理上的困扰：如果要修改启动脚本，岂不是每个目录都要改一遍？

Linux的解决办法，就是七个 /etc/rcN.d 目录里列出的程序，都设为链接文件，指向另外一个目录 /etc/init.d ，真正的启动脚本都统一放在这个目录中。init进程逐一加载开机启动程序，其实就是运行这个目录里的启动脚本。

 下面就是链接文件真正的指向：

　$ ls -l /etc/rc2.d
　　
　　README
　　S20fancontrol -> ../init.d/fancontrol
　　S20kerneloops -> ../init.d/kerneloops
　　S25bluetooth -> ../init.d/bluetooth
　　S50saned -> ../init.d/saned　　
　　...

这样做的另一个好处，就是如果你要手动关闭或重启某个进程，直接到目录 /etc/init.d 中寻找启动脚本即可。比如，我要重启Apache服务器，就运行下面的命令：

sudo /etc/init.d/apache2 restart

第五步：用户登录

开机启动程序加载完毕以后，就要让用户登录了。

 

一般来说，用户的登录方式有三种：

（1）命令行登录

（2）ssh登录

（3）图形界面登录

这三种情况，都有自己的方式对用户进行认证。

（1）命令行登录：init进程调用getty程序（意为get teletype），让用户输入用户名和密码。输入完成后，再调用login程序，核对密码（linux还会再多运行一个身份核对程序/etc/pam.d/login）。如果密码正确，就从文件 /etc/passwd 读取该用户指定的shell，然后启动这个shell。

（2）ssh登录：这时系统调用sshd程序（linux还会再运行/etc/pam.d/ssh ），取代getty和login，然后启动shell。

（3）图形界面登录：init进程调用显示管理器，Gnome图形界面对应的显示管理器为gdm（GNOME Display Manager），然后用户输入用户名和密码。如果密码正确，就读取/etc/gdm3/Xsession，启动用户的会话。

第六步：进入login shell

所谓shell，简单说就是命令行界面，让用户可以直接与操作系统对话。用户登录时打开的shell，就叫做login shell。

 

linux默认的shell是Bash，它会读入一系列的配置文件。上一步的三种情况，在这一步的处理，也存在差异。

（1）命令行登录：首先读入 /etc/profile，这是对所有用户都有效的配置；然后依次寻找下面三个文件，这是针对当前用户的配置。

    ~/.bash_profile
　　~/.bash_login
　　~/.profile

 

需要注意的是，这三个文件只要有一个存在，就不再读入后面的文件了。比如，要是 ~/.bash_profile 存在，就不会再读入后面两个文件了。

（2）ssh登录：与第一种情况完全相同。

（3）图形界面登录：只加载 /etc/profile 和 ~/.profile。也就是说，~/.bash_profile 不管有没有，都不会运行。

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补充：

linux命令切换tty

tty终端效果如图：