「学习笔记——Linux」Linux开机流程，模块管理与Loader

Linux开机流程，模块管理与Loader

Table of Contents

• 1 Linux开机流程
  • 1.1 总体流程
  • 1.2 详细过程
• 2 内核与内核模块
• 3 Boot Loader: Grub

1 Linux开机流程

1.1 总体流程

• 加载BIOS的硬件信息并进行自我检测，取得设定的第一个开机设备
• 读取并执行第一个开机设备内的MBR的Boot Loader
• 根据Boot Loader的设定加载内核(Kernel)，内核会开始检测硬件，加载驱动程序
• 硬件驱动成功后，内核会调用init程序，init程序取得run level信息
• init 执行 /etc/rc.d/rc.sysinit 文件来准备软件的作业环境（如网络，时区等)
• init 执行 run level 的各个服务的启动（通过shell script的方式)
• init 执行终端仿真程序启动login程序，等待用户登录

1.2 详细过程

• BIOS,Boot Loader与内核载入 开机后系统首先加载BIOS(Basic Input Output System),并通过BIOS程序加载CMOS信息，由CMOS取得 主机的各项硬件配置，如CPU与各个设备沟通频率，开机装置搜索顺序，硬盘大小与类型等。BIOS会指定 开机装置，好从中读取操作系统内核，由于各个操作系统文件系统格式不同，因此需要一个开机管理程序 处理内核加载，这个开机管理程序就是Boot Loader。这个Boot Loader位于开机装置的第一个扇区内， 即MBR(Master Boot Record,主引导记录)。
• Boot Loader作用 每个文件系统都会保留一块启动扇区（Boot sector）给操作系统，用于安装Boot Loader，通常操作系统 都会安装一份Boot Loader到其根目录所在文件系统的Boot sector下。Linux安装时可以选择是否将Boot Loader安装到MBR上，如果安装了，那么MBR和Boot sector上都会保留一份Boot Loader。Windows安装时 没有选择，会在MBR和Boot sector上都会安装Boot Loader。系统只有一个MBR,所以安装多系统时，可能会 被覆盖。

  Boot Loader的作用在于

  • 提供菜单选择要载入的操作系统
  • 载入内核,直接启动操作系统
  • 转交其它Boot Loader

  Windows的Boot Loader没有转交其它Boot Loader的能力，不能启动Linux所以安装Windows/Linux双系统 时要先安装Windows, 再安装Linux，这样可以用Linux的Boot Loader覆盖Windows的Boot Loader。

  注：鸟哥在写此文章时Windows无此能力，现在的Windows 7已经可以了,我安装的双系统就是MBR上装有Windows 的Boot Loader,提供两个菜单，一个是启动Windows,另一个是转交Linux的Boot Loader,选入Linux后，就会进入 Linux的Boot Loader,这时会进入Grub，再次提供选择菜单。

• 加载内核 由Boot Loader开始读取内核后，Linux会将内核解压到内存中，此后内核会检测硬件信息，从BIOS手中接过系统 管理的功能。内核文件在/boot/linuz-xxx/下。另外，Linux内核是可以动态加载内核模块的，这些模块位于 /lib/modules/下。 SATA磁盘的驱动程序就是放在/lib/modules/下，这就有个两难问题，Linux要加载SATA的驱动才能识别磁盘，而要 加载SATA的驱动必须到/lib/modules下才行，可是此时还没有识别磁盘，如何进入/lib/modules呢？Linux使用虚拟 文件系统解决这个问题。虚拟文件系统使用文件/boot/initrd,它可以被Boot Loader加载到内存中，并且仿真一个 根目录，这个仿真的文件系统提供一个程序加载必要的驱动,如USB,SATA,RAID,LVM等。此后内核就会释放虚拟文件 系统，挂载真正的根目录。
• 第一个程序init 内核加载完成后，就会执行第一个程序/sbin/init。由命令ps aux | grep init,可以知道其PID为1。 init的配置文件位于/etc/inittab。 注：Ubuntu中启动由upstart控制，自9.10后不再使用/etc/event.d目录的配置文件，改为/etc/init。 关于Ubuntu的启动，参见：http://wiki.ubuntu.org.cn/%E5%90%AF%E5%8A%A8。 Linux启动过程，有一个非常重要的概念：runlevel。Linux由runlevel决定启动过程使用的不同服务。 下面即是Ubuntu中各个runlevel的含义。

  0        系统停机状态
  1        单用户或系统维护状态
  2~5      多用户状态
  6        重新启动 
  

• 用户自定义开机启动程序 可以将要执行的命令写入/etc/init.d/rc.local文件。

另外，有一篇开机过程的文章最近被广泛转载,可以参阅一下： http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/02/booting.html

2 内核与内核模块

目前的内核都有“可读取模块化驱动程序”的功能，如果一个新的硬件，操盘系统不支持，可以：

• 加入此硬件驱动源代码，重新编译内核。
• 将此硬件驱动源代码编译成模块，在开机时加载此模块。

核心模块位于/lib/modules/$(uname -r)/kernel/目录中。 模块之间信赖关系记录在/lib/modules/$(uname -r)/modules.dep。使用depmod命令可以建立此文件。 使用lsmod命令可以列出已经加载的模块。

$ lsmod | head
Module                  Size  Used by
ip6table_filter        12711  0 
ip6_tables             18432  1 ip6table_filter
ebtable_nat            12695  0 
ebtables               21508  1 ebtable_nat
ipt_MASQUERADE         12663  3 
iptable_nat            13016  1 
nf_nat                 24959  2 ipt_MASQUERADE,iptable_nat
nf_conntrack_ipv4      19084  4 iptable_nat,nf_nat
nf_defrag_ipv4         12649  1 nf_conntrack_ipv4

使用modinfo可以获取模块的描述信息

$ modinfo ip6_tables 
filename:       /lib/modules/3.2.0-37-generic-pae/kernel/net/ipv6/netfilter/ip6_tables.ko
description:    IPv6 packet filter
author:         Netfilter Core Team <[email protected]>
license:        GPL
srcversion:     6F5DC4CD82D294A10583CD9
depends:        x_tables
intree:         Y
vermagic:       3.2.0-37-generic-pae SMP mod_unload modversions 686 

模块加载可以使用modprobe 或者 insmod,前者会分析模块之间信赖关系，推荐用前者 模块移除可以使用modprobe -r 或者 rmmod

3 Boot Loader: Grub

• Boot Loader 两阶段 由于MBR很小，Boot Loader分两个阶段
  • Boot Loader主程序，放在MBR中，不含配置文件
  • 加载配置文件，这些文件位于/boot/下，如grub的相关配置在/boot/grub中，直接与grub有关的是 /boot/grub/grub.cfg