开机流程

1.开机流程

 

1. 载入 BIOS 的硬件信息与进行自我测试，并依据设定取得第一个可开机的设备；
2. 读取并执行第一个开机设别内 MBR 的 boot Loader (亦即是 grub, spfdisk 等程式)；
3. 依据 boot loader 的设定载入 Kernel ，Kernel 会开始侦测硬件与载入驱动程序；
4. 在硬件驱动成功后，Kernel 会主动呼叫init程式，而init会取得run-level信息；
5. init 执行 /etc/rc.d/rc.sysinit文件来准备软件执行的作业环境 (如网路、时区等)；
6. init 根据 run-level 来启动服务 (script方式)；
7. init 执行 /etc/rc.d/rc.local 文件；
8. init 执行终端机模拟程式 mingetty 来启动 login 程式，最后就等待使用者登入啦；

grub的过程：

MBR 使用 Linux 的 grub 这个开机管理程式，并且里面假设已经有了三个选单， 第一个选单可以直接指向 Linux 的核心档案并且直接载入核心来开机；第二个选单可以将开机管理程式控制权交给 Windows 来管理，此时 Windows 的 loader 会接管开机流程，这个时候他就能够启动 windows 了。第三个选单则是使用 Linux 在 boot sector 内的开机管理程式，此时就会跳出另一个 grub 的选单啦

 

2.载入核心

我们可以先看下/boot下面的重要文件

[root@www ~]# ls --format=single-column -F /boot
config-2.6.18-92.el5      <==此版本核心被编译时选择的功能与模组设定档
grub/                     <==就是开机管理程式 grub 相关资料目录
initrd-2.6.18-92.el5.img  <==虚拟档案系统档！
System.map-2.6.18-92.el5  <==核心功能放置到记忆体位址的对应表
vmlinuz-2.6.18-92.el5     <==就是核心档案啦！最重要者！

Linux 核心是可以透过动态载入核心模块的 (就请想成驱动程式即可)，这些核心模块就放置在 /lib/modules/ 目录内，但问题是USB, SATA, SCSI... 等硬盘设备的驱动程序通常都是以模块的方式存在的，如果没有SATA的驱动，就无法识别硬盘挂载根目录，也就无法去读取驱动模块。那怎么办呢？可以透过虚拟文件系统来处理这个问题。

 

虚拟文件系统 (Initial RAM Disk) 一般使用的档名为 /boot/initrd ，这个文件的特色是，他也能够透过 boot loader 来载入到记忆体中， 然后这个文件会被解压缩并且在记忆体当中模拟成一个根目录， 且此模拟在内存当中的文件系统能够提供一支可执行的程序，透过该程序来载入开机过程中所最需要的核心模块， 通常这些模块就是 USB, RAID, LVM, SCSI 等文件系统与硬盘介面的驱动程序啦！等载入完成后， 会帮助核心重新呼叫 /sbin/init 来开始后续的正常开机流程

不过，如果用的是IDE硬盘，不需要initrd也可以开机。

 

当核心完整载入后，就要开始执行系统的第一支程序： /sbin/init

 

/sbin/init 最主要的功能就是准备软体执行的环境，包括系统的主机名称、网路设定、语系处理、档案系统格式及其他服务的启动等。 而所有的动作都会透过 init 的设定档，亦即是 /etc/inittab 来规划，而 inittab 内还有一个很重要的设定项目，那就是预设的 runlevel (开机执行等级)

 

run level 分为 7 个等级，分别是：

• 0 - halt (系统直接关机)
• 1 - single user mode (单人维护模式，用在系统出问题时的维护)
• 2 - Multi-user, without NFS (类似底下的 runlevel 3，但无 NFS 服务)
• 3 - Full multi-user mode (完整含有网路功能的纯文字模式)
• 4 - unused (系统保留功能)
• 5 - X11 (与 runlevel 3 类似，但加载使用 X Window)
• 6 - reboot (重新开机)

/etc/inittab 会使用 /etc/rc.d/rc.sysinit 进行系统初始化，

使用/etc/rc.d/rc N 这个命令来启动不同level下的服务，etc/rc.d/rc 这个文件：

• 透过外部第一号参数 ($1) 来取得想要执行的脚本目录。亦即由 /etc/rc.d/rc 5 可以取得 /etc/rc5.d/ 这个目录来准备处理相关的脚本程式；
• 找到 /etc/rc5.d/K??* 开头的档案，并进行‘ /etc/rc5.d/K??* stop ’的动作；
• 找到 /etc/rc5.d/S??* 开头的档案，并进行‘ /etc/rc5.d/S??* start ’的动作；

/etc/rc5.d/[SK]xx 都是链接文件，其实就是 /etc/init.d/ 相对应的服务脚本

 

使用/etc/rc.d/rc.local来打开使用者自定义开机启动程序

 

开机过程中会使用到的配置文件

/etc/modprobe.conf， 关于模块的，系统自动产生，一般不需要手动修改

/etc/sysconfig/* ，里面有很多配置信息

 

 Run level 的切换

 

1. 要每次开机都执行某个预设的 run level ，则需要修改 /etc/inittab 内的设定项目， 亦即是‘ id:5:initdefault: ’里头的数字啊；
    
2. 如果仅只是暂时变更系统的 run level 时，则使用 init [0-6] 来进行 run level 的变更。 但下次重新开机时，依旧会是以 /etc/inittab 的设定为准。

 

 

 

3.核心与核心模块

 

在整个开机的过程当中，是否能够成功的驱动我们主机的硬体配备，是核心 (kernel) 的工作！而核心一般都是压缩档，因此在使用核心之前，就得要将他解压缩后， 才能载入主记忆体当中。

另外，为了应付日新月异的硬体，目前的核心都是具有‘可读取模块化驱动程序’的功能， 亦即是所谓的‘ modules (模块化)’的功能啦！所谓的模组化可以将他想成是一个‘外挂程式’， 该外挂程式可能由硬体开发厂商提供，也有可能我们的核心本来就支援～不过，较新的硬体， 通常都需要硬体开发商提供驱动程式模组啦！

那么核心与核心模块放在哪？

• 核心： /boot/vmlinuz 或 /boot/vmlinuz-version；
• 核心解压缩所需 RAM Disk： /boot/initrd (/boot/initrd-version)；
• 核心模块：/lib/modules/version/kernel 或 /lib/modules/$(uname -r)/kernel；
• 核心原始码： /usr/src/linux 或 /usr/src/kernels/ (要安装才会有，预设不安装)

 

 如果我有个新的硬体，偏偏我的操作系统不支援，该怎么办？很简单啊！

• 重新编译核心，并加入最新的硬件驱动程序源代码；
• 将该硬件的驱动程序编译成为模组，在开机时载入该模组

 

核心模组与相依性：

要处理核心模组，自然就得要了解我们核心提供的模块之间的相关性，核心模组的放置处是在 /lib/modules/$(uname -r)/kernel 当中，里面主要还分成几个目录：

arch    ：与硬件平台有关的项目，例如 CPU 的等级等等；
crypto  ：核心所支援的加密的技术，例如 md5 或者是 des 等等；
drivers ：一些硬体的驱动程式，例如显示卡、网路卡、PCI 相关硬体等等；
fs  ：核心所支援的 filesystems ，例如 vfat, reiserfs, nfs 等等；
lib ：一些函式库；
net ：与网路有关的各项协定资料，还有防火墙模组 (net/ipv4/netfilter/*) 等等；
sound   ：与音效有关的各项模组；

 

[root@www ~]# modprobe [-lcfr] module_name
选项与参数：
-c  ：列出目前系统所有的模组！(更详细的代号对应表)
-l  ：列出目前在 /lib/modules/`uname -r`/kernel 当中的所有模组完整档名；
-f  ：强制载入该模组；
-r  ：类似 rmmod ，就是移除某个模组��～

范例一：载入 cifs 模组
[root@www ~]# modprobe cifs
# 很方便吧！不需要知道完整的模组档名，这是因为该完整档名已经记录到
# /lib/modules/`uname -r`/modules.dep 当中的缘故啊！如果要移除的话：
[root@www ~]# modprobe -r cifs

/lib/modules/$(uname -r)/modules.dep 这个档案记录了在核心支援的模组的各项相依性。利用 depmod 这个指令可以建立（更新）该档案

[root@www ~]# depmod [-Ane]
选项与参数：
-A  ：不加任何参数时， depmod 会主动的去分析目前核心的模组，并且重新写入
      /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep 当中。若加入 -A 参数时，则 depmod
      会去搜寻比 modules.dep 内还要新的模组，如果真找到新模组，才会更新。
-n  ：不写入 modules.dep ，而是将结果输出到萤幕上(standard out)；
-e  ：显示出目前已载入的不可执行的模组名称

范例一：若我做好一个网路卡驱动程式，档名为 a.ko，该如何更新核心相依性？
[root@www ~]# cp a.ko /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/net
[root@www ~]# depmod

 

核心模块的观察：

查看目前核心载入了多少的模块 ：lsmod

查看模块的详细信息

[root@www ~]# modinfo [-adln] [module_name|filename]
选项与参数：
-a  ：仅列出作者名称；
-d  ：仅列出该 modules 的说明 (description)；
-l  ：仅列出授权 (license)；
-n  ：仅列出该模组的详细路径。

 

核心模块的载入与移除：

insmod和rmmod两个命令可以载入和移除，但是insmod不会分析模块的依赖关系，而且这两个命令必须要自行找到模组的完整档名才行，不是很方便。

[root@www ~]# modprobe [-lcfr] module_name
选项与参数：
-c  ：列出目前系统所有的模组！(更详细的代号对应表)
-l  ：列出目前在 /lib/modules/`uname -r`/kernel 当中的所有模组完整档名；
-f  ：强制载入该模组；
-r  ：类似 rmmod ，就是移除某个模组��～

范例一：载入 cifs 模组
[root@www ~]# modprobe cifs
# 很方便吧！不需要知道完整的模组档名，这是因为该完整档名已经记录到
# /lib/modules/`uname -r`/modules.dep 当中的缘故啊！如果要移除的话：
[root@www ~]# modprobe -r cifs

因为他是直接去搜寻 modules.dep 的纪录， 所以可以克服模组的相依性问题，而且还不需要知道该模组的详细路径

 

4.Boot Loader: Grub

boot loader 是载入内核的重要工具，没有 boot loader 的话，那么 kernel 根本就没有办法被系统载入。grub是目前最流行的boot loader。

 

在 BIOS 读完信息后，接下来就是会到第一个开机装置的 MBR 去读取 boot loader 了。这个 boot loader 可以具有选单功能、直接载入核心档案以及控制权移交的功能等， 系统必须要有 loader 才有办法载入该作业系统的核心就是了。但是我们都知道， MBR 是整个硬盘的第一个 sector 内的一个区块，充其量整个大小也才 446 bytes 而已。 我们的 loader 功能这么强，光是程序代码与设定资料不可能只占不到 446 bytes 的容量吧？那如何安装？

为了解决这个问题，所以 Linux 将 boot loader 的程序执行与设定值载入分成两个阶段 (stage) 来执行：

• Stage 1：执行 boot loader 主程序：
  第一阶段为执行 boot loader 的主程式，这个主程式必须要被安装在开机区，亦即是 MBR 或者是 boot sector 。但如前所述，因为 MBR 实在太小了，所以，MBR 或 boot sector 通常仅安装 boot loader 的最小主程式， 并没有安装 loader 的相关设定档；
   
• Stage 2：主程式载入设定档：
  第二阶段为透过 boot loader 载入所有设定档与相关的环境参数档案 (包括档案系统定义与主要设定档 menu.lst)， 一般来说，设定档都在 /boot 底下。

 

 

initrd 的重要性与建立新 initrd 档案：

initrd的目的在于提供开机过程中所需要的最重要核心模组，以让系统开机过程可以顺利完成。 会需要 initrd 的原因，是因为核心模组放置于 /lib/modules/$(uname -r)/kernel/ 当中， 这些模组必须要根目录 (/) 被挂载时才能够被读取。但是如果核心本身不具备磁碟的驱动程式时， 当然无法挂载根目录，也就没有办法取得驱动程式，因此造成两难的地步。

initrd 可以将 /lib/modules/.... 内的‘开机过程当中一定需要的模组’包成一个档案 (档名就是 initrd)， 然后在开机时透过主机的 INT 13 硬件功能将该档案读出来解压缩，并且 initrd 在记忆体内会模拟成为根目录。

如果��有特殊需要所以想重制 initrd 档案的话， 可以使用 mkinitrd 来处理的。

[root@www ~]# mkinitrd [-v] [--with=模组名称] initrd档名 核心版本
选项与参数：
-v  ：显示 mkinitrd 的运作过程
--with=模组名称：模组名称指的是模组的名字而已，不需要填写档名。举例来说，
       目前核心版本的 ext3 档案系统模组为底下的档名：
       /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs/ext3/ext3.ko
       那��应该要写成： --with=ext3 就好了 (省略 .ko)
initrd档名：��所要建立的 initrd 档名，尽量取有意义又好记的名字。
核心版本  ：某一个核心的版本，如果是目前的核心则是‘ $(uname -r) ’