深入探索linux系统的启动流程

1.启动流程总体介绍

第一. 按下主机电源后，BIOS做硬件检测并根据CMOS中记录，找到启动设备（一般为硬盘）。
第二, 接着BIOS 读取硬盘最前面的512个字节分区，也就是读取MBR区域的信息，并将linux loader装载到RAM中。接着系统的主控权就移交给Linux Loader来执行。
第三. 接着您就會看到一个开机选择画面，让你选择启动哪套操作系统。
第四. 选择 Linux OS 並按下 Enter 键以后，Linux Loader 就将 Linux kernel 载入内存，准备来进行其他初始化的工作。
第五. kernel 被成功载入后执行程序init，因此 init 的 PID 为 1。
第六. init 回去读取 /etc/inittab (initial table) 的內容，并执行该文件内的相关脚本scripts。
第七. 最后就是执行login 程序，此时会等待你输入账号密码，如果认证无误的话，就可以开启一个shell来使用了 !

其简单流程可用下图表示：

2. 低层次的系统启动

2.1 BIOS自检

　　 当电脑开机的时候，电脑会去读取存储在BIOS CMOS RAM(随机访问存储器)中 的BIOS设置，并进行开机自检（Power On Self Test:POST）。BIOS是烧录于主板上的EEPROM或flash存储设备中的程序，主要用来记忆外设及系统的相关设定，并提供一个图形界面来方便我们修改设定值。而你在BIOS中所做的设定，会被存放在CMOS RAM中，且这些数据不会因为您的关机而丢失，因为主板上的锂电池会负责供应CMOS RAM所需的电力 。
        BIOS的工作主要是侦测电脑的周边配套设备是否工作正常，如：（1）CPU的类型、速度、缓存等；（2）主板类型；（3）内存的速度，容量；（4）硬盘的大小，类型和工作模式；（5）风扇速度等。
      如果这些设备在开机的时候能够通过检测，说明电脑可以正常的工作。
      如果在POST阶段按下delete键，可以进入到BIOS设置的主界面，例如当你要调整开机顺序或修改日期时就可以这么做。接下来，BIOS将依照CMOS中所设定的开机顺序来依序查找启动设备，这个设备一般是硬盘。接着，进入到硬盘的MBR区域（引导扇区），也就是说，就会去读取硬盘的第0个磁柱的第0个磁头的第一个磁区（最前面 512 bytes 的磁区）。MBR 內主要是存放着BOOT partition Loader 和partition table，分别占据446 字节和64字节的空间。其中前446个字节中保存的BOOT partition Loader是一个选择启动分区，也就是电脑由那个硬盘分区来载入开机的程序。在这个446个字节的空间中保存的就是启动程序，然后由这个小程序来加载存储在其他位置的操作系统，也就是启动grub程序。
      partition table 是包含着四个分区的记录 (以 hda 来说为hda1 ~ hda4)，比如起始、结束磁柱的信息及哪个 partition 有设定启动激活标志 (Active) 等，此时如果您硬盘上存在着两套 windows 的操作系统，那么MBR 上的BPL 就会根据 partition table 里设定为激活 Active 标记的的那个partition，而载入该 partition 的 boot sector，以完成后续的开机任务。至于 MBR 內剩下的 2 bytes 是存放检查码(Magic number)，主要是让 BPL 去检查 MBR 区域的正确性。

 

　　
2.2 载入启动程序

      BIOS自检完成后，进入到硬盘的MBR区域（引导扇区），第一阶段所用的boot loader（存放在引导扇区）被装载到RAM中并被执行。它的任务，就是加载第二阶段的boot loader。它它通过分析分区表，找出激活分区来完成这个任务，当它找到一个激活分区时，它将继续扫描剩下的分区表中的分区，以便确认他们都是未激活的。确认完毕后，激活分区的启动记录从设备中被读到RAM，并被执行。

       第二阶段的boot loader的任务就是加载linux内核，以及可选的初始化内存盘。把第一阶段和第二阶段的boot loaders联合起来，就是在x86个人电脑中，我们所说的linux loader（LILO）或者Grand Unified Bootloader(GRUB)。
　  当负责第二阶段的boot loader位于内存中并被执行时，通常会显示一个一闪而过的屏幕，然后linux以及可选的初始化内存盘（initrd,一种临时的根文件系统)会被装载到存储器中。当系统镜像被加载时，第二阶段的boot loader将把控制权转交给内核镜像，与此同时，内核开始自解压并初始化。在这个阶段，第二阶段的boot loader会检查系统的硬件，枚举那些附加的硬件设备，挂载根设备，之后加载需要的内核模块。完成之后，第一个用户空间程序（init）开始执行，更高层次的系统初始化开始。

     

3. 高层次的系统启动流程

      内核加载完毕之后，创建若干内核线程（kernel thread），然后装入并执行程序/sbin/init（变成一个用户进程）。此时根文件系统/也已经被mount了。接下来init是系统第一个被执行的程序，所以它的进程号pid始终会是1，所有的其他程序进程都是由init负责产生的。
      此后，init根据/etc/inittab配置文件来执行相应的脚本进行系统初始化。这个文件负责设置init初始化程序初始化脚本在哪里;每个运行级初始化时运行的命令; 开机、关机、重启对应的命令；各运行级登陆时所运行的命令。
      对suse linux来说，执行的顺序为：

第一步，id:5:initdefault://  # 这里使用initdefault指定系统启动后进入的run-level
第二步，si::bootwait:/etc/rc.d/boot# 这里使用boot来指定系统初始化的脚本，也可以指定为其他脚本，如rc.sysinit.

其主要执行的工作大致如下：

（1）. 挂载proc、sysfs、devpts 这一类的虚拟文件系统。
（2）. 执行 /etc/init.d/boot.d 目录中的符号链接 (名称以S作开头) 所指向的 scripts，而这些 scripts 所要做的工作有：
 检查及挂载root文件系统、启用逻辑磁区、依 /etc/fstab 來检查及挂载本地端的文件系統 (root fs 除外)、载入模块、启动 swap、设定CMOS时间、设定 hostname 及 yp、储存核心信息于 /var/log/boot.msg、… 等等。
（3）. 执行 /etc/init.d/boot.local 这支 script。当您有一些工作希望在关机过程被执行的话，可以在 boot.local 中做设定，比如模块的額外挂载及防火墙的设定。

第三步，执行每个run-level自己的初始化脚本

 

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
..........《中间省略N步，如第五、第六等等...............
init最后几步：根据run-level执行/etc/rc.d的脚本,执行/etc/rc.d/rc.local脚本,最后启动mingetty的虚拟控制台，等待用户登陆。
在/etc/rc.d/rcX.d内的脚本基本都是会调用/etc/rc.d/init.d内的脚本来启动或者停止服务。另外使用chkconfig也可以配置服务。chkconfig –list可以列出这些服务和预设的启动状态。
由于这里使用initdefault指定系统启动后进入的run-level为5，因此我们将转而执行/etc/rc.d/rc5.d/下的所有文件.我们看到这些文件的名称都是K或S开头的。
K代表的是Kill，而S代表的是Start。意思很简单，默认为开机要执行的服务，其文件名的开头就是S，若用户将某个服务关闭(不论是用哪一种工具程序)，该文件名就会由S开头变为K开头。反之亦然，若将某服务关闭，则文件名便会是K开头。
      设置服务激活状态的另一个做法是将文件名的第一个字母直接由S变为K，或是将K变为S，这样开机默认激活状态就会从开启变为关闭，或是由关闭变为激活，是非常方便的一种做法。

Danny$ chkconfig gpm --list
gpm 0:off 1:off 2:on 3:off 4:on 5:0n 6:off
Danny$ mv s85gpm k85gpm
Danny$ chkconfig gpm --list
gpm 0:off 1:off 2:on 3:off 4:on 5:0ff6:off

 

        紧跟着英文字母后面的是一个两位数的数字，这个数字代表了执行的先后顺序，但请不要随意地更改数字，因为某些服务是有相关性的，若不小心将数字改掉，有可能会让某些服务无法正常被激活。

　　当然这目录中的文件多寡和当初安装操作系统时所选择的项目有关，绝大部分都是服务程序，眼尖的读者应该也发现这些文件的颜色都是属于link文件的颜色。没错，在rcX.d目录中其实都是link，以link方式的做法弹性比较大，其中绝大部分的文件都是连接到/etc/rc.d/init.d/下的实体执行程序。

suselinux:~ #       ls -l /etc/init.d/rc5.d

lrwxrwxrwx　1 root root	6	Sep	6		00:11　K07xdm             -> ../xdm
lrwxrwxrwx　1 root root	7	Sep	6		00:11　K08cron ->              ../cron
lrwxrwxrwx　1 root root	9	Sep	6		00:11　K08hwscan             -> ../hwscan
lrwxrwxrwx　1 root root	7	Sep	6		00:11　K08nscd             -> ../nscd
lrwxrwxrwx　1 root root	9	Sep	6		00:12　K08xinetd             -> ../xinetd
lrwxrwxrwx　1 root root	7	Sep	6		00:11　K10sshd             -> ../sshd
lrwxrwxrwx　1 root root	6	Sep	6		00:11　K12nfs             -> ../nfs
lrwxrwxrwx　1 root root	8	Sep	6		00:11　K15smbfs             -> ../smbfs
lrwxrwxrwx　1 root root	9	Sep	6		00:11　K16syslog             -> ../syslog
lrwxrwxrwx　1 root root	10	Sep	6		00:11　K17network              -> ../network
lrwxrwxrwx　1 root root	10	Aug	29		20:35　S05network             -> ../network
lrwxrwxrwx　1 root root	9	Aug	29		18:37　S06syslog             -> ../syslog
lrwxrwxrwx　1 root root	8	Aug	29		18:44　S07smbfs              -> ../smbfs
lrwxrwxrwx　1 root root	6	Aug	29		18:41　S10nfs             -> ../nfs
lrwxrwxrwx　1 root root	7	Sep	6		00:11　S12sshd             -> ../sshd
lrwxrwxrwx　1 root root	7	Aug	29		18:45　S14cron ->             ../cron
lrwxrwxrwx　1 root root	9	Aug	29		18:41　S14hwscan             -> ../hwscan
lrwxrwxrwx　1 root root	7	Aug	29		18:45　S14nscd             -> ../nscd
lrwxrwxrwx　1 root root	9	Sep	6		00:12　S14xinetd             -> ../xinetd
lrwxrwxrwx　1 root root	6	Sep	6		00:11　S15xdm             -> ../xdm

 

 

附1：对运行级别的解释
0：halt， 1：单用户，2：多用户，3：多用户并启动NFS服务

　　4：保留，5：运行xdm（X window）以图形界面方式登录　6：reboot

附2：

linux service命令             顾名思义，就是用于管理Linux操作系统中服务的命令。

1. 声明：这个命令不是在所有的linux发行版本中都有。主要是在redhat、fedora、mandriva和centos中。

2. 此命令位于/sbin目录下，用file命令查看此命令会发现它是一个脚本命令。

3. 分析脚本可知此命令的作用是去/etc/init.d目录下寻找相应的服务，进行开启和关闭等操作。

4. 开启httpd服务器：service httpd start

start可以换成restart表示重新启动，stop表示关闭，reload表示重新载入配置。

5. 关闭mysql服务器：service mysqld stop

6. 强烈建议大家将service命令替换为/etc/init.d/mysqld stop （因为有一些linux的版本不支持service）