Linux系统启动流程

系统的启动过程其实很复杂。(下面是一位高人画的图，原图点这里)

简单来说，系统启动的过程如下：

1、加载BIOS的硬件信息与自检，并取得第一个启动设备

2、取得执行第一个启动设备内的MBR的boot loader（grub，spfdisk等程序）

3、根据boot loader的设置加载Kernel，Kernel会检测硬件，加载驱动程序

4、Kernel调用init进程，读取/etc/inittab文件，取得runlevel信息

5、init执行/etc/rc.d/rc.sysinit，初始化系统环境

6、init执行runlevel的各项服务的启动

7、init执行/etc/rc.d/rc.local（用户的自定义程序）

8、init执行mingetty（终端虚拟程序）来启动login进程，等待用户登入

下面是详细的启动过程

一、POST（加电自检）

BIOS自检，枚举本地设备和初始化，找出CMOS设置中第一个“active”状态的设备（可能是硬盘，也可能是U盘，看BIOS怎么设置的）读入其MBR

 

二、第一阶段引导加载程序

1、MBR 实际上是由3个部分组成 ：主引导加载程序（master bootloader code，446 字节）、主分区表  （ppt）、magic nubmer （0xAA55）组成   主分区表有4个记录，对应主分区1-主分区4，共64 字节。最后的 magic number 是 2 字节

2、主引导加载程序搜索主分区表，扫描全部4个分区记录，确保只有1个是被标为”active“ 的（用 fdisk 可以设置某个分区为 active 分区）。然后读入该分区的引导扇区（前512 字节）。active 分区一般是 C 盘或者 linux 的第一个分区

3、主引导加载程序的作用就是读入第2阶段的引导加载程序

 

三、第二阶段引导加载程序

1、第2阶段引导加载程序的目的是加载内核和initrd 。

2、 如果Boot-Loader安装在MBR中，启动过程将不会涉及到Active分区的第一个扇区，也就是说MBR的引导程序（stage1）会直接加载stage2（或是stage1.5，grub有此阶段），而stage2是存放在某个分区中的文件，lilo应该是boot.b, grub是stage1.5和stage2，在安装boot-loader的时候，这些文件的位置会被记录在stage1中。在这种情况下，即使没有一个分区是Active的，系统也可以引导。

3、如果Boot-loader安装在Active分区的第一个扇区，MBR仍然会有一小段引导程序，用于加载被安装在Active分区第一个扇区的Boot-loader Stage1. 通过Stage1会启动stage1.5的boot loader来理解linux内核镜像中的特殊的文件系统格式，例如，reiserfs_stage1-5(用于从reiserf日志文件系统中进行加载)或e2fs+stage1_5(用于从wxt2或ext3文件系统进行加载）。当stage1.5的boot loader被加载并运行时，stage2 的boot loader才能被加载。当stage2被加载时，GRUB能根据请求的情况显示一个可选内核的清单（在 /etc/grub.conf 中进行定义，同时还有几个软符号链接 /etc/grub/menu.lst 和 /etc/grub.conf)。你可以选择一个内核，修改其附加的内核参数。同时，你可以选择使用命令行的shell来对启动过程进行更深层次的手工控制。在第二阶段boot loader存在与内存中后，就可以对文件系统进行查询了，同时，默认的内核镜像以及初始化内存盘镜像也被加载到内存中。一切准备完毕之后，第二阶段的boot loader就会调用内核镜像。

四、内核

 1、内核自解压

2、按照 bootloader 向它提供的 initrd 在内存中的地址，把 /dev/initrd 的内容拷贝到 /dev/ram ，并释放 /dev/initrd 所占用的内存

3、把 /dev/ram 按 rw 的模式挂载为虚拟文件系统，在内存中仿真一个根目录系统，提供一个可执行程序

4、该程序执行其上面的 /linuxrc 或者 /init 脚本，目的是加载驱动模块

5、在 /linuxrc 和 /init 脚本中，会有 pivot_root （）或者 switchroot 把 /sysroot 下的真正根文件系统设备挂载到 / ，把初始根文件系统挂载到 /initrd 下

6、/linuxrc 和 /init 脚本的后面会 umount /initrd 下的初始根文件系统（即使没有完全卸载，也会在 /etc/rc.d/rc.sysinit 中把它们全部卸载）

7、接下来是启动 init 进程。在 2.4 内核中，这个步骤是由内核完成的。但在 2.6 内核中，这个步骤是由 /init 脚本完成的。

 简而言之：Boot Loader加载kernel和initrd后，在内存中让initrd解压缩为一个虚根，kernel就能借此通过linuxrc加载适当的驱动程序，最终释放那个虚拟文件系统，并挂载实际的根目录文件系统，就能够开始后续的正常启动流程了。

 

五、INIT

此时内核主动调用第一个进程/sbin/init。其主要功能是准备软件执行的环境，包括系统主机名，网络设置，语系处理，文件系统格式及其他服务的启动等。

init会读取/etc/inittab的配置文件。inittab定义了init的处理流程，其流程是：

1、取得runlevel即默认执行等级的相关等级

2、使用/etc/rc.d/rc.sysinit进行系统初始化，其主要工作是设置好整个系统的环境。

3、确认启动进入级别,通过/etc/rc.d/rc根据启动的级别来决定启动的服务选项，

4、执行用户自定义开机启动程序/etc/rc.d/rc.local

5、执行终端机模拟程序mingetty来启动login进程，等待用户登入

参考文献：

    《鸟哥的私房菜基础篇第三版》第20章

    深入理解linux启动流程

    

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