Linux启动过程

Linux启动过程

1. 启动过程(1) 机器启动后，首先是 BIOS 被加载执行，获取第一个启动设备(通常是硬盘)编号。

(2)读取启动设备 MBR 中的引导加载程序 (BootLoader，如 lilo、grub 等)。

演示: 抓取 MBR 数据

~$ sudo dd if=/dev/sda of=mbr.bin bs=512 count=1

[sudo]　password　for　yuhen:
1+0　records　in
1+0　records　out
512　bytes　(512　B)　copied,　0.000291654　s,　1.8　MB/s

~$ od -x mbr.bin

0000000　48eb　1090　d08e　00bc　b8b0　0000　d88e　c08e
0000020　befb　7c00　00bf　b906　0200　a4f3　21ea　0006
0000040　be00　07be　0438　0b75　c683　8110　fefe　7507
0000060　ebf3　b416　b002　bb01　7c00　80b2　748a　0203
0000100　00ff　2000　0001　0000　0200　90fa　f690　80c2
...　...

MBR 中包含了引导程序代码(BootLoader 446B)和分区表信息(64B)。Boot Loader 通过分区表找到激活主分区，然后载入并执行激活分区的启动记录。

(3) 开始加载内核程序，初始化内存盘(可选 initrd)。内核程序(vmlinuz)开始解压缩，尝试驱动硬件设备。

/$ ls -l

drwxr-xr-x　3　root　root　4096　2009-07-21　17:22　boot
lrwxrwxrwx　1　root　root　33　2009-07-19　14:17　initrd.img　->　boot/initrd.img-2.6.28-11-generic
lrwxrwxrwx　1　root　root　30　2009-07-19　14:17　vmlinuz　->　boot/vmlinuz-2.6.28-11-generic

初始化内存盘用于创建临时根文件系统，在内核引导成功并挂载真正根文件系统时被卸载。

(4) 执行 init 程序，获取运行信息。

/sbin/init的 PID = 1，是所有进程的起点。init 程序需要读取配置文件/etc/inittab (Ubuntu 默认没有该文件)。

#
#　inittab　This　file　describes　how　the　INIT　process　should　set　up
#　the　system　in　a　certain　run-level.
#
#　Author:　Miquel　van　Smoorenburg,　<[email protected]>
#　Modified　for　RHS　Linux　by　Marc　Ewing　and　Donnie　Barnes
#
#　Default　runlevel.　The　runlevels　used　by　RHS　are:
#　0　-　halt　(Do　NOT　set　initdefault　to　this)
#　1　-　Single　user　mode
#　2　-　Multiuser,　without　NFS　(The　same　as　3,　if　you　do　not　havenetworking)
#　3　-　Full　multiuser　mode
#　4　-　unused
#　5　-　X11
#　6　-　reboot　(Do　NOT　set　initdefault　to　this)
#
###　表示当前缺省运行级别为　5(initdefault)；
id:5:initdefault:
###　启动时自动执行　/etc/rc.d/rc.sysinit　脚本(sysinit)
#　System　initialization.
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
###　当运行级别为　5　时，以　5　为参数运行　/etc/rc.d/rc　脚本，init将等待其返回(wait)
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
###　在启动过程中允许按　CTRL-ALT-DELETE　重启系统
#　Trap　CTRL-ALT-DELETE
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown　-t3　-r　now
#　When　our　UPS　tells　us　power　has　failed,　assume　we　have　a　few　minutes
#　of　power　left.　Schedule　a　shutdown　for　2　minutes　from　now.
#　This　does,　of　course,　assume　you　have　powerd　installed　and　your
#　UPS　connected　and　working　correctly.
pf::powerfail:/sbin/shutdown　-f　-h　+2　"Power　Failure;　System　Shutting　Down"
#　If　power　was　restored　before　the　shutdown　kicked　in,　cancel　it.
pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown　-c　"Power　Restored;　Shutdown　Cancelled"
###　在2、3、4、5级别上以ttyX为参数执行　/sbin/mingetty　程序，打开　ttyX　终端用于用户登录，
###　如果进程退出则再次运行mingetty程序(respawn)
#　Run　gettys　in　standard　runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty6
###　在　5　级别上运行　xdm　程序，提供　xdm　图形方式登录界面，并在退出时重新执行　(respawn)
#　Run　xdm　in　runlevel　5
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm　-nodaemon

(5) init 执行系统初始化脚本文件/etc/rc.d/rc.sysinit (Ubuntu 同样没有该文件)。

rc.sysinit 完成硬件初始化和载入系统模块，我们在 Linux 启动时看到那一大堆启动信息多数都是这个脚本的 "成果"。rc.sysinit 会将启动信息写入/var/log/dmesg 文件中，我们可以用 dmesg 或者如下命令进行翻页查看。 

/$less /var/log/dmesg

[　0.016920]　CPU:　L1　I　cache:　32K,　L1　D　cache:　32K
[　0.016954]　CPU:　L2　cache:　4096K
[　0.017662]　Checking　'hlt'　instruction...　OK.
[　0.040417]　SMP　alternatives:　switching　to　UP　code
[　0.249126]　Freeing　SMP　alternatives:　18k　freed
[　0.249661]　ACPI:　Core　revision　20080926
[　0.254227]　ACPI:　Checking　initramfs　for　custom　DSDT
[　0.630876]　..TIMER:　vector=0x30　apic1=0　pin1=2　apic2=-1　pin2=-1
[　0.671217]　CPU0:　Intel(R)　Core(TM)2　Duo　CPU　T7300　@　2.00GHz　stepping　0b
[　0.673828]　Brought　up　1　CPUs
[　0.673891]　Total　of　1　processors　activated　(3990.00　BogoMIPS).
[　0.675449]　CPU0　attaching　NULL　sched-domain.
[　0.682358]　net_namespace:　776　bytes
[　0.682729]　Booting　paravirtualized　kernel　on　bare　hardware
[　0.684399]　Time:　8:28:36　Date:　08/05/09
[　0.684564]　regulator:　core　version　0.5
[　0.686307]　NET:　Registered　protocol　family　16
[　0.691383]　EISA　bus　registered
[　0.691651]　ACPI:　bus　type　pci　registered
[　0.693500]　PCI:　MCFG　configuration　0:　base　e0000000　segment　0　buses　0　-　255
[　0.693663]　PCI:　MCFG　area　at　e0000000　reserved　in　E820
[　0.693710]　PCI:　Using　MMCONFIG　for　extended　config　space
[　0.693788]　PCI:　Using　configuration　type　1　for　base　access

(6) 启动系统服务。

通过 /etc/inittab 提供的设置决定启动服务。

/etc/inittab

id:5:initdefault:
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc　5

注:"/etc/rc.d/rc" 是一个脚本程序。

根据运行等级，其对应的目录是/etc/rc.d/rc5.d (Ubuntu 直接存放在 /etc 目录中)。该目录下都是以 S (开机时需要启动的服务) 或 K (关机时需要停止的服务) 开头的链接文件，其文件名中的数字表示执行顺序。

/etc/rc5.d$ ls -l

lrwxrwxrwx　1　root　root　19　2009-07-19　14:03　S01policykit　->　../init.d/policykit
lrwxrwxrwx　1　root　root　15　2009-07-19　14:03　S10acpid　->　../init.d/acpid
lrwxrwxrwx　1　root　root　14　2009-07-19　14:03　S10apmd　->　../init.d/apmd
lrwxrwxrwx　1　root　root　18　2009-07-19　14:03　S10sysklogd　->　../init.d/sysklogd
lrwxrwxrwx　1　root　root　15　2009-07-19　14:03　S11klogd　->　../init.d/klogd

文件名规则说明:

　　S: 表示开机时需要启动的服务。S11klogd 表示开机时执行../init.d/klogd start。

　　K: 表示关机时需要停止的服务。执行 stop 。

　　数字: 表示执行顺序。

　　如果我们不想某个服务在开机时被启动，可以移除链接文件。正规一点可以用 chkconfig进行管理。

在任何时候，我们还可以手工停止或者启动某个服务 (类似 Windows CMD 中的 net start / net stop)。

/etc/rc5.d$ sudo /etc/init.d/atd stop

* Stopping deferred execution scheduler atd [ OK ]

/etc/rc5.d$ sudo /etc/init.d/atd start

* Starting deferred execution scheduler atd [ OK ]

(7) 执行自定义引导程序

/etc/rc.d/rc.local 类似于 Windows 的 Autoexec.bat 和 Config.sys。我们可以在该文件中写入自定义启动脚本。

(8) 加载终端或 X-Window

依旧是根据 /etc/inittab 中配置进行。

#　Default　runlevel.　The　runlevels　used　by　RHS　are:
#　0　-　halt　(Do　NOT　set　initdefault　to　this)
#　1　-　Single　user　mode
#　2　-　Multiuser,　without　NFS　(The　same　as　3,　if　you　do　not　havenetworking)
#　3　-　Full　multiuser　mode
#　4　-　unused
#　5　-　X11
#　6　-　reboot　(Do　NOT　set　initdefault　to　this)
#
id:5:initdefault:
#　Run　gettys　in　standard　runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty　tty6
#　Run　xdm　in　runlevel　5
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm　-nodaemon

该配置表示创建 6 个文字终端，另外在等级 5 时启动 X-Window。

respawn 的意思是：其后面的命令被终止时，自动重启该命令。比如我们用 exit 退出终端后，同名终端会重启，等待我们重新登录使用。

(9) 接下来自然是等待用户登录了。

2. 变换运行等级

如果我们不想修改/etc/inittab 中的默认启动运行等级，那么可以用 init 命令进行，重启后失效。

/etc/rc3.d$runlevel
N 2 # 分别表示切换前的等级和现在的等级，N 表示 None。

/etc/rc3.d$ sudo init 3

/etc/rc3.d$ runlevel
2 3 

切换等级仅仅调整运行服务而已。

(1) 比较各自目录中的服务链接文件 (S、K 开头的文件)。
(2) 停止在新等级中不存在的服务。
(3) 启动新等级中未启动的服务。