详解linux系统的启动过程及系统初始化

详解linux系统的启动过程及系统初始化

2013-05-03 07:56:06

标签： linux 启动过程 grub bootloader MBR

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一、linux系统的启动流程

    关于linux系统的启动流程我们可以按步进行划分为如下：

POST加电自检-->BIOS(Boot Sequence)-->加载对应引导上的MBR(bootloader)-->主引导设置加载其BootLoader-->Kernel初始化-->initrd—>/etc/init进程加载/etc/inittab，其进程流程图如下：

二、剖析详细启动过程

⑴、

POST开机自检：电脑主机打开电源的时候，随后会听到滴的一声，系统启动开始了开机自检（POST-power on self
test）自检开始），这个过程中主要是检测计算机硬件设备比如：CPU，内存，主板，显卡，CMOS等设备是否有故障存
在，如果有硬件故障的话将按两种情况理：对于严重故障(致命性故障)则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，
不能给出任何提示或信号；对于非严重故障则给出提示或声音报警信号，等待用户处理），如果没有故障，POST完整自己
的接力任务，将尾部工作交接给BIOS处理。

⑵、

BIOS：计算机加电自检完成后第一个读取的地方就是就是BIOS（Basic Input Output System，基础输入输出系统）
，BIOS里面记录了主机板的芯片集与相关设置，如CPU与接口设备的通信频率、启动设备的搜索顺序、硬盘的大小与
类型、系统时间、外部总线、各种接口设备的I/O地址、已经与CPU通信的IRQ中断信息，所以，启动如果要顺利启动，
首先要读取BIOS设置。

⑶、

按照BIOS所设定的系统启动流程，如果检测通过，则根据引导次序(Boot Sequence)开始在第一台设备上支持启动
程序，我们的启动设备主要包括硬盘、USB、SD等，我们一般用的是硬盘，然后进行读取第一个设备就是硬盘，第一个
要读去的就是该硬盘的主引导记录MBR（Master Boot Record），然后系统可以根据启动区安装的
引导加载程序（Boot Loader）开始执行核心识别的工作。【在此插一句：MBR程序只是找到只是硬盘分区内最前面
的446个字节的Boot Loader】然后查找相关配置和定义。

⑷、

Boot Loader 加载Grub程序

     在这个过程中主要靠Grub的引导开始的，Grub分为连个阶段：

      stage1：主要是Boot loader

      stage 1.5:过渡

     stage2:主要是/boot/grub

通过上面我们可以发现linux的内核VMLnuz，grub、initrd都在/boot目录下

 

在/boot/grub/下面我们看到了熟悉的stage1，stage2及grub工具的配置文件  grub.conf，那么grub.conf内都定义了什么呐？？

⑸、Kernel

   

 根据Grub内的定义，grub读取完毕后就把下面的工作交个内核了。kernel主要是完成系统硬件探测及硬件驱动的初始
化，并且以读写的方式挂载根文件系统（根切换），那么这里就出现了一个“先有鸡还是先有蛋的文件了”，具体是什么
那？

      要想访问真正的根文件系统（rootfs）的话，就必须加载根文件系统中的设备，这时根文件系统又没有挂载，
要挂载根文件系统又得加载根文件系统中的驱动程序，哪怎么办呢？为了解决这个问题，这是就用到了initrd文件了。
在来说下kernel初始化所要工作的内容做下简单总结：
       探测硬件->加载驱动（initrd)->挂载根文件系统->rootfs(/sbin/init)

⑹、

到此止内核空间的相关工作已经完成，内核空间的任务开始向用户空间转移，内核空间通过一个间接的initrd(微型
linux)向用户空间的/sbin/init过度，所以gurb开始引导内核转向initrd。

     initrd：一个虚拟的文件系统，里面有lib、bin、sbin、usr、proc、sys、var、dev、boot等一些目录，
其实你会发现里面的目录有点像真的/对吧，所以我们称之为虚拟的根文件系统，作用就是将kernel和真的根文件系统
建立关联关系，让kernel去initrd中加载根文件系统所需要的驱动程序，并以读写的方式挂载根文件系统，并让执行
用户当中第一个进程init。

下面我们看下init脚本内的内容：

 

从上面的脚本内容我们可以看到init进程的主要工作：

 

挂载 ：将initrd中的/proc, /sys  /dev 挂载到当前的主分区中的相应目录
创建目录：/dev/mapper
通过mknod完成block or character special files的创建
相关模块的挂载
创建root设备
挂载 /sysroot
最后完成根切换

⑺、init执行完毕以后会启动系统内的/etc/inittab文件，来完成系统系统的初始化工作。下面我们来介绍一下inittab这个配置文件内的详细内容

 

各个级别的定义：

默认运行级别

0：halt                      //关机
1: single user mode    //单用户维护模式)
2：multi user mode, without NFS  //不支持NFS功能
3: multi user mode, text mode     //字符界面
4：reserved   //系统保留
5: multi user mode, graphic mode   //图形化界面
6: reboot   //重启

/etc/inittab格式及语法(:)
 

[选项]:[runlevel]:[行为]:[命令]

行为：
                   initdefault：代表默认运行级别
                   sysinit：代表系统初始化操作选项
                   ctrlaltdel：代表重启的相关设置
                   wait：代表上一个命令执行结束后方可执行下面的操作
                   respawn：代表后面字段可以无限制再生(reboot)

命令选项
               一些命令，不过通常都是脚本

 

下面说下inittab内定义的初始化脚本：rc.sysinit  --/etc/rc.d/rc.sysinit

 

 

如上图所示：rc.sysinit脚本内定义了一些与系统初始化的定义

设定主机名

检测并挂载/etc/fstab中其他文件系统

启动swap分区

/etc/sysctl.conf设定内核参数

装载键映射-->键盘上每个键的功能

然后根据系统运行级别运行相关的服务脚本：/etc/rc.d/init.d/脚本和/etc/rc.d/rc#d

 

rc0-rc6目录下脚本：

K*     ##只要是以K开头的文件均执行stop工作
S*     ##只要是以S开头的文件均执行start工作
0-99  (执行次序，数字越小越先被执行)

用户自定义开机启动程序(/etc/rc.d/rc.local)
可以根据自己的需求将一些执行命令或是脚本写到/etc/rc.d/rc.local里，当开机时，就可以加载啦

三、总结

系统初始化的大致内容总结如下：

 

硬件的初始化，图像界面启动的初始化（如果设置了默认启动基本）
主机RAID的设置初始化，device mapper 及相关的初始化，
检测根文件系统，以只读方式挂载
激活udev和selinux
设置内核参数 /etc/sysctl.conf
设置系统时钟
启用交换分区，设置主机名
加载键盘映射
激活RAID和LVM逻辑卷
挂载额外的文件系统 /etc/fstab
等等

最后根据mingetty程序调用login让用户登录->用户登录（完成系统启动）

在系统启动过程中主要的脚本和目录有哪些呢？我们可以概括一下

boot 目录
/grub 目录
/boot/grub/grub.conf 脚本
/boot/initrd+内核版本 文件
/initrd文件中的init文件
/initrd文件中的/proc/  /sys/    /dev/ 目录的挂载 及根的切换
/etc/inittab  脚本
/etc/rc.d/rc.sysinit  脚本
这些重要的脚本和目录，当然还有其他重要的目录和文件，脚本等暂不列举啦。由此篇我们可以详细了解linux系统的
启动和初始化过程，然后我们可以根据linux系统启动的过程和所用到的命令自己动手DIY一个微型linux系统，关于
“DIY微型linux系统”会再后两至三天内发表博文，到时候我们在一起探讨探讨linux系统的组成部分等更详细的相关
信息！！！

 

自己总结的内容不够严谨，还望各位大虾们指正~~~