Linux启动过程

Linux启动过程综述

在Alpha/AXP平台上引导Linux通常有两种方法，一种是由MILO及其他类似的引导程序引 导，另一种是由Firmware直接引导。MILO功能与i386平台的LILO相近，但内置有基本的磁盘 驱动程序（如IDE、SCSI等），以及常见的文件系统驱动程序（如ext2，iso9660等）， firmware有ARC、SRM两种形式，ARC具有类BIOS界面，甚至还有多重引导的设置；而SRM则具 有功能强大的命令行界面，用户可以在控制台上使用boot等命令引导系统。ARC有分区 （Partition）的概念，因此可以访问到分区的首扇区；而SRM只能将控制转给磁盘的首扇区。 两种firmware都可以通过引导MILO来引导Linux，也可以直接引导Linux的引导代码。

“arch/alpha/boot”下就是制作Linux Bootloader的文件。“head.S”文件提供了对 OSF PAL/1的调用入口，它将被编译后置于引导扇区（ARC的分区首扇区或SRM的磁盘0扇区）， 得到控制后初始化一些数据结构，再将控制转给“main.c”中的start_kernel()， start_kernel()向控制台输出一些提示，调用pal_init()初始化PAL代码，调用openboot() 打开引导设备（通过读取Firmware环境），调用load()将核心代码加载到START_ADDR（见 “include/asm-alpha/system.h”），再将Firmware中的核心引导参数加载到ZERO_PAGE(0) 中，最后调用runkernel()将控制转给0x100000的kernel，bootloader部分结束。

Bootloader中使用的所有“srm_”函数在“arch/alpha/lib/”中定义。

以上这种Boot方式是一种最简单的方式，即不需其他工具就能引导Kernel，前提是按照 Makefile的指导，生成bootimage文件，内含以上提到的bootloader以及vmlinux，然后将 bootimage写入自磁盘引导扇区始的位置中。

当采用MILO这样的引导程序来引导Linux时，不需要上面所说的Bootloader，而只需要 vmlinux或vmlinux.gz，引导程序会主动解压加载内核到0x1000（小内核）或0x100000（大 内核），并直接进入内核引导部分，即本文的第二节。

对于I386平台 
i386系统中一般都有BIOS做最初的引导工作，那就是将四个主分区表中的第一个可引导 分区的第一个扇区加载到实模式地址0x7c00上，然后将控制转交给它。

在“arch/i386/boot”目录下，bootsect.S是生成引导扇区的汇编源码，它首先将自己 拷贝到0x90000上，然后将紧接其后的setup部分（第二扇区）拷贝到0x90200，将真正的内核 代码拷贝到0x100000。以上这些拷贝动作都是以bootsect.S、setup.S以及vmlinux在磁盘上 连续存放为前提的，也就是说，我们的bzImage文件或者zImage文件是按照bootsect，setup， vmlinux这样的顺序组织，并存放于始于引导分区的首扇区的连续磁盘扇区之中。

bootsect.S完成加载动作后，就直接跳转到0x90200，这里正是setup.S的程序入口。 setup.S的主要功能就是将系统参数（包括内存、磁盘等，由BIOS返回）拷贝到 0x90000-0x901FF内存中，这个地方正是bootsect.S存放的地方，这时它将被系统参数覆盖。 以后这些参数将由保护模式下的代码来读取。

除此之外，setup.S还将video.S中的代码包含进来，检测和设置显示器和显示模式。最 后，setup.S将系统转换到保护模式，并跳转到0x100000（对于bzImage格式的大内核是 0x100000，对于zImage格式的是0x1000）的内核引导代码，Bootloader过程结束。

对于2.4.x版内核 
没有什么变化。

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Kernel引导入口

对于I386平台 
在i386体系结构中，因为i386本身的问题，在"arch/alpha/kernel/head.S"中需要更多的设置，但最终也是通过call SYMBOL_NAME(start_kernel)转到start_kernel()这个体系结构无关的函数中去执行了。

所不同的是，在i386系统中，当内核以bzImage的形式压缩，即大内核方式 （__BIG_KERNEL__）压缩时就需要预先处理bootsect.S和setup.S，按照大核模式使用$(CPP) 处理生成bbootsect.S和bsetup.S，然后再编译生成相应的.o文件，并使用 "arch/i386/boot/compressed/build.c"生成的build工具，将实际的内核（未压缩的，含 kernel中的head.S代码）与"arch/i386/boot/compressed"下的head.S和misc.c合成到一起，其中的head.S代替了"arch/i386/kernel/head.S"的位置，由Bootloader引导执行 （startup_32入口），然后它调用misc.c中定义的decompress_kernel()函数，使用 "lib/inflate.c"中定义的gunzip()将内核解压到0x100000，再转到其上执行 "arch/i386/kernel/head.S"中的startup_32代码。

对于2.4.x版内核 
没有变化。

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核心数据结构初始化--内核引导第一部分

start_kernel()中调用了一系列初始化函数，以完成kernel本身的设置。 这些动作有的是公共的，有的则是需要配置的才会执行的。

在start_kernel()函数中，

• 输出Linux版本信息（printk(linux_banner)）
• 设置与体系结构相关的环境（setup_arch()）
• 页表结构初始化（paging_init()）
• 使用"arch/alpha/kernel/entry.S"中的入口点设置系统自陷入口（trap_init()）
• 使用alpha_mv结构和entry.S入口初始化系统IRQ（init_IRQ()）
• 核心进程调度器初始化（包括初始化几个缺省的Bottom-half，sched_init()）
• 时间、定时器初始化（包括读取CMOS时钟、估测主频、初始化定时器中断等，time_init()）
• 提取并分析核心启动参数（从环境变量中读取参数，设置相应标志位等待处理，（parse_options()）
• 控制台初始化（为输出信息而先于PCI初始化，console_init()）
• 剖析器数据结构初始化（prof_buffer和prof_len变量）
• 核心Cache初始化（描述Cache信息的Cache，kmem_cache_init()）
• 延迟校准（获得时钟jiffies与CPU主频ticks的延迟，calibrate_delay()）
• 内存初始化（设置内存上下界和页表项初始值，mem_init()）
• 创建和设置内部及通用cache（"slab_cache"，kmem_cache_sizes_init()）
• 创建uid taskcount SLAB cache（"uid_cache"，uidcache_init()）
• 创建文件cache（"files_cache"，filescache_init()）
• 创建目录cache（"dentry_cache"，dcache_init()）
• 创建与虚存相关的cache（"vm_area_struct"，"mm_struct"，vma_init()）
• 块设备读写缓冲区初始化（同时创建"buffer_head"cache用户加速访问，buffer_init()）
• 创建页cache（内存页hash表初始化，page_cache_init()）
• 创建信号队列cache（"signal_queue"，signals_init()）
• 初始化内存inode表（inode_init()）
• 创建内存文件描述符表（"filp_cache"，file_table_init()）
• 检查体系结构漏洞（对于alpha，此函数为空，check_bugs()）
• SMP机器其余CPU（除当前引导CPU）初始化（对于没有配置SMP的内核，此函数为空，smp_init()）
• 启动init过程（创建第一个核心线程，调用init()函数，原执行序列调用cpu_idle() 等待调度，init()）

至此start_kernel()结束，基本的核心环境已经建立起来了。

对于I386平台 
i386平台上的内核启动过程与此基本相同，所不同的主要是实现方式。

对于2.4.x版内核 
2.4.x中变化比较大，但基本过程没变，变动的是各个数据结构的具体实现，比如Cache。

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外设初始化--内核引导第二部分

init()函数作为核心线程，首先锁定内核（仅对SMP机器有效），然后调用 do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的加载和初始化。过程如下：

• 总线初始化（比如pci_init()）
• 网络初始化（初始化网络数据结构，包括sk_init()、skb_init()和proto_init()三部分，在proto_init()中，将调用protocols结构中包含的所有协议的初始化过程，sock_init()）
• 创建bdflush核心线程（bdflush()过程常驻核心空间，由核心唤醒来清理被写过的内存缓冲区，当bdflush()由kernel_thread()启动后，它将自己命名为kflushd）
• 创建kupdate核心线程（kupdate()过程常驻核心空间，由核心按时调度执行，将内存缓冲区中的信息更新到磁盘中，更新的内容包括超级块和inode表）
• 设置并启动核心调页线程kswapd（为了防止kswapd启动时将版本信息输出到其他信息中间，核心线调用kswapd_setup()设置kswapd运行所要求的环境，然后再创建 kswapd核心线程）
• 创建事件管理核心线程（start_context_thread()函数启动context_thread()过程，并重命名为keventd）
• 设备初始化（包括并口parport_init()、字符设备chr_dev_init()、块设备 blk_dev_init()、SCSI设备scsi_dev_init()、网络设备net_dev_init()、磁盘初始化及分区检查等等，device_setup()）
• 执行文件格式设置（binfmt_setup()）
• 启动任何使用__initcall标识的函数（方便核心开发者添加启动函数，do_initcalls()）
• 文件系统初始化（filesystem_setup()）
• 安装root文件系统（mount_root()）

至此do_basic_setup()函数返回init()，在释放启动内存段（free_initmem()）并给内核解锁以后，init()打开/dev/console设备，重定向stdin、stdout和stderr到控制台，最后，搜索文件系统中的init程序（或者由init=命令行参数指定的程序），并使用 execve()系统调用加载执行init程序。

init()函数到此结束，内核的引导部分也到此结束了，这个由start_kernel()创建的第一个线程已经成为一个用户模式下的进程了。此时系统中存在着六个运行实体：

• start_kernel()本身所在的执行体，这其实是一个"手工"创建的线程，它在创建了init()线程以后就进入cpu_idle()循环了，它不会在进程（线程）列表中出现
• init线程，由start_kernel()创建，当前处于用户态，加载了init程序
• kflushd核心线程，由init线程创建，在核心态运行bdflush()函数
• kupdate核心线程，由init线程创建，在核心态运行kupdate()函数
• kswapd核心线程，由init线程创建，在核心态运行kswapd()函数
• keventd核心线程，由init线程创建，在核心态运行context_thread()函数

对于I386平台 
基本相同。

对于2.4.x版内核 
这一部分的启动过程在2.4.x内核中简化了不少，缺省的独立初始化过程只剩下网络 （sock_init()）和创建事件管理核心线程，而其他所需要的初始化都使用__initcall()宏 包含在do_initcalls()函数中启动执行。

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init进程和inittab引导指令

init进程是系统所有进程的起点，内核在完成核内引导以后，即在本线程（进程）空 间内加载init程序，它的进程号是1。

init程序需要读取/etc/inittab文件作为其行为指针，inittab是以行为单位的描述性（非执行性）文本，每一个指令行都具有以下格式：

id:runlevel:action:process其中id为入口标识符，runlevel为运行级别，action为动作代号，process为具体的执行程序。

id一般要求4个字符以内，对于getty或其他login程序项，要求id与tty的编号相同，否则getty程序将不能正常工作。

runlevel是init所处于的运行级别的标识，一般使用0－6以及S或s。0、1、6运行级别被系统保留，0作为shutdown动作，1作为重启至单用户模式，6为重启；S和s意义相同，表示单用户模式，且无需inittab文件，因此也不在inittab中出现，实际上，进入单用户模式时，init直接在控制台（/dev/console）上运行/sbin/sulogin。

在一般的系统实现中，都使用了2、3、4、5几个级别，在Redhat系统中，2表示无NFS支持的多用户模式，3表示完全多用户模式（也是最常用的级别），4保留给用户自定义，5表示XDM图形登录方式。7－9级别也是可以使用的，传统的Unix系统没有定义这几个级别。runlevel可以是并列的多个值，以匹配多个运行级别，对大多数action来说，仅当runlevel与当前运行级别匹配成功才会执行。

initdefault是一个特殊的action值，用于标识缺省的启动级别；当init由核心激活 以后，它将读取inittab中的initdefault项，取得其中的runlevel，并作为当前的运行级 别。如果没有inittab文件，或者其中没有initdefault项，init将在控制台上请求输入 runlevel。

sysinit、boot、bootwait等action将在系统启动时无条件运行，而忽略其中的runlevel，其余的action（不含initdefault）都与某个runlevel相关。各个action的定义在inittab的man手册中有详细的描述。

在Redhat系统中，一般情况下inittab都会有如下几项：

id:3:initdefault: #表示当前缺省运行级别为3--完全多任务模式； si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit #启动时自动执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本 l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3 #当运行级别为3时，以3为参数运行/etc/rc.d/rc脚本，init将等待其返回 0:12345:respawn:/sbin/mingetty tty0 #在1－5各个级别上以tty0为参数执行/sbin/mingetty程序，打开tty0终端用于 #用户登录，如果进程退出则再次运行mingetty程序 x:5:respawn:/usr/bin/X11/xdm -nodaemon #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

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rc启动脚本

上一节已经提到init进程将启动运行rc脚本，这一节将介绍rc脚本具体的工作。

一般情况下，rc启动脚本都位于/etc/rc.d目录下，rc.sysinit中最常见的动作就是激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块，这些动作无论哪个运行级别都是需要优先执行的。仅当rc.sysinit执行完以后init才会执行其他的boot或bootwait动作。

如果没有其他boot、bootwait动作，在运行级别3下，/etc/rc.d/rc将会得到执行，命令行参数为3，即执行/etc/rc.d/rc3.d/目录下的所有文件。rc3.d下的文件都是指向/etc/rc.d/init.d/目录下各个Shell脚本的符号连接，而这些脚本一般能接受start、stop、restart、status等参数。rc脚本以start参数启动所有以S开头的脚本，在此之前，如果相应的脚本也存在K打头的链接，而且已经处于运行态了（以/var/lock/subsys/下的文件作为标志），则将首先启动K开头的脚本，以stop作为参数停止这些已经启动了的服务，然后再重新运行。显然，这样做的直接目的就是当init改变运行级别时，所有相关的服务都将重启，即使是同一个级别。

rc程序执行完毕后，系统环境已经设置好了，下面就该用户登录系统了。

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getty和login

在rc返回后，init将得到控制，并启动mingetty（见第五节）。mingetty是getty的简化，不能处理串口操作。getty的功能一般包括：

• 打开终端线，并设置模式
• 输出登录界面及提示，接受用户名的输入
• 以该用户名作为login的参数，加载login程序

注：用于远程登录的提示信息位于/etc/issue.net中。

login程序在getty的同一个进程空间中运行，接受getty传来的用户名参数作为登录 的用户名。

如果用户名不是root，且存在/etc/nologin文件，login将输出nologin文件的内容， 然后退出。这通常用来系统维护时防止非root用户登录。

只有/etc/securetty中登记了的终端才允许root用户登录，如果不存在这个文件， 则root可以在任何终端上登录。/etc/usertty文件用于对用户作出附加访问限制，如果 不存在这个文件，则没有其他限制。

当用户登录通过了这些检查后，login将搜索/etc/passwd文件（必要时搜索 /etc/shadow文件）用于匹配密码、设置主目录和加载shell。如果没有指定主目录，将 默认为根目录；如果没有指定shell，将默认为/bin/sh。在将控制转交给shell以前， getty将输出/var/log/lastlog中记录的上次登录系统的信息，然后检查用户是否有新 邮件（/usr/spool/mail/{username}）。在设置好shell的uid、gid，以及TERM，PATH 等环境变量以后，进程加载shell，login的任务也就完成了。

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bash

运行级别3下的用户login以后，将启动一个用户指定的shell，以下以/bin/bash为例继续我们的启动过程。

bash是Bourne Shell的GNU扩展，除了继承了sh的所有特点以外，还增加了很多特 性和功能。由login启动的bash是作为一个登录shell启动的，它继承了getty设置的TERM、PATH等环境变量，其中PATH对于普通用户为"/bin:/usr/bin:/usr/local/bin"，对于root 为"/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin"。作为登录shell，它将首先寻找/etc/profile 脚本文件，并执行它；然后如果存在~/.bash_profile，则执行它，否则执行 ~/.bash_login，如果该文件也不存在，则执行~/.profile文件。然后bash将作为一个 交互式shell执行~/.bashrc文件（如果存在的话），很多系统中，~/.bashrc都将启动 /etc/bashrc作为系统范围内的配置文件。

当显示出命令行提示符的时候，整个启动过程就结束了。此时的系统，运行着内核， 运行着几个核心线程，运行着init进程，运行着一批由rc启动脚本激活的守护进程（如 inetd等），运行着一个bash作为用户的命令解释器。

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附：XDM方式登录

如果缺省运行级别设为5，则系统中不光有1-6个getty监听着文本终端，还有启动了一个XDM的图形登录窗口。登录过程和文本方式差不多，也需要提供用户名和口令，XDM 的配置文件缺省为/usr/X11R6/lib/X11/xdm/xdm-config文件，其中指定了 /usr/X11R6/lib/X11/xdm/xsession作为XDM的会话描述脚本。登录成功后，XDM将执行这个脚本以运行一个会话管理器，比如gnome-session等。

除了XDM以外，不同的窗口管理系统（如KDE和GNOME）都提供了一个XDM的替代品，如gdm和kdm，这些程序的功能和XDM都差不多。

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http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/startup/index.html

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Linux启动过程详解-《别怕Linux编程》之八

• 启动第一步－－加载BIOS

  当你打开计算机电源，计算机会首先加载BIOS信息，BIOS信息是如此的重要，以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后，计算机心里就有谱了，知道应该去读取哪个硬件设备了。

  启动第二步－－读取MBR

  众所周知，硬盘上第0磁道第一个扇区被称为MBR，也就是Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是512字节，别看地方不大，可里面却存放了预启动信息、分区表信息。

  系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后，就会将其复制到0×7c00地址所在的物理内存中。其实被复制到物理内存的内容就是Boot Loader，而具体到你的电脑，那就是lilo或者grub了。

  启动第三步－－Boot Loader

  Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好一切准备。

  Boot Loader有若干种，其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的Loader。

  我们以Grub为例来讲解吧，毕竟用lilo和spfdisk的人并不多。

  系统读取内存中的grub配置信息（一般为menu.lst或grub.lst），并依照此配置信息来启动不同的操作系统。

  启动第四步－－加载内核

  根据grub设定的内核映像所在路径，系统读取内存映像，并进行解压缩操作。此时，屏幕一般会输出“Uncompressing Linux”的提示。当解压缩内核完成后，屏幕输出“OK, booting the kernel”。

  系统将解压后的内核放置在内存之中，并调用start_kernel()函数来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备，完成Linux核心环境的建立。至此，Linux内核已经建立起来了，基于Linux的程序应该可以正常运行了。

  启动第五步－－用户层init依据inittab文件来设定运行等级

  内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，该文件会读取/etc/inittab文件，并依据此文件来进行初始化工作。

  其实/etc/inittab文件最主要的作用就是设定Linux的运行等级，其设定形式是“：id:5:initdefault:”，这就表明Linux需要运行在等级5上。Linux的运行等级设定如下：

  0：关机

  1：单用户模式

  2：无网络支持的多用户模式

  3：有网络支持的多用户模式

  4：保留，未使用

  5：有网络支持有X-Window支持的多用户模式

  6：重新引导系统，即重启

  关于/etc/inittab文件的学问，其实还有很多，在后序文章中设计到的，卖个关子，敬请期待，呵呵

  启动第六步－－init进程执行rc.sysinit

  在设定了运行等级后，Linux系统执行的第一个用户层文件就是/etc/rc.d/rc.sysinit脚本程序，它做的工作非常多，包括设定PATH、设定网络配置（/etc/sysconfig/network）、启动swap分区、设定/proc等等。如果你有兴趣，可以到/etc/rc.d中查看一下rc.sysinit文件，里面的脚本够你看几天的:P

  启动第七步－－启动内核模块

  具体是依据/etc/modules.conf文件或/etc/modules.d目录下的文件来装载内核模块。

  启动第八步－－执行不同运行级别的脚本程序

  根据运行级别的不同，系统会运行rc0.d到rc6.d中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。

  启动第九步－－执行/etc/rc.d/rc.local

  你如果打开了此文件，里面有一句话，读过之后，你就会对此命令的作用一目了然：

  # This script will be executed *after* all the other init scripts.
  # You can put your own initialization stuff in here if you don’t
  # want to do the full Sys V style init stuff.

  rc.local就是在一切初始化工作后，Linux留给用户进行个性化的地方。你可以把你想设置和启动的东西放到这里。

  启动第十步－－执行/bin/login程序，进入登录状态

  此时，系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了，你已经可以用自己的帐号登入系统了。:)

  ===

  漫长的启动过程结束了，一切都清静了…

  其实在这背后，还有着更加复杂的底层函数调用，等待着你去研究…本文就算抛砖引玉了:)

  本文参考了如下文章，精炼荟萃而成：

  http://bbs.chinaunix.net/thread-835918-1-1.html

  http://hi.baidu.com/fembed/blog/item/b9f0881f51145866f624e4be.html

  http://baike.baidu.com/view/9485.htm

  Linux启动过程分析－霍丙全－山东滨州职业学院计算机工程系

  Linux启动过程分析与优化－浙江大学硕士学位论文
  

  感谢上述文章作者:)

  ps:第一次用wordpress2.7发文章，纪念一下。

  ps:朋友说，为啥把这部分内容放到这里? 因为我觉得深入了解启动过程对于编写优秀的程序其实也是很重要的。

  over~

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  Posted by rocrocket @ 7:44 pm

  Tags: grub, inittab, lilo, linux, 启动,流程, 详解

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12 Responses

• 颜小诗 Says:
  January 6th, 2009 at 9:24 pm

  推荐一本书可以看看 确实挺不错的 也是别人推荐给我的 嗯

  《Linux操作系统之奥秘》 国产的 难得写得那么细节哦

  简介详见豆瓣：http://www.douban.com/subject/3078298/

  回复

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http://roclinux.cn/?p=1301

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嵌入式Linux启动流程分析

 当Bootloader将控制权交给内核的引导程序时，第一个执行的程序就是head.S，它完成了加载内核的大部分工作；misc.c则提供加载内核所需要的子程序，其中解压内核的子程序是head.S调用的重要程序，另外内核的加载还须知道系统的硬件信息，该硬件信息在hardware.h中定义并被head.S所引用。本系统中内核的启动流程如图1所示。

本系统中，head.S首先配置S3C4510B的系统寄存器SYSCFG、初始化系统的Flash、SDRAM以及总线控制寄存器，将Flash和SDRAM的地址范围分别设置为0x0-0x1fffff和0x1000000-0x1ffffff；根据本系统的功能特点，重新定义了中断优先级以及I/O口的配置；为了提高内核的运行速度，将2M的内核映像文件从Flash拷贝到SDRAM；通过操作一些系统寄存器，进行系统的存储器重映射，将Flash和SDRAM的地址区间分别重映射为0x1000000-0x11fffff和0x0-0xffffff；然后初始化系统堆栈；接着调用misc.c中的函数decompress_kernel，对拷贝到SDRAM的内核映像文件进行解压缩；最后跳转到执行调用内核函数call_kernel，调用call_kernel函数实际上是执行main.c中的start_kernel函数，该函数完成的功能包括处理器结构的初始化、中断的初始化、定时器的初始化、进程相关的初始化以及内存初始化等初始化工作；最后内核创建一个init线程，在该线程中调用init进程，完成系统的启动

 当用户打开PC的电源，BIOS开机自检，按BIOS中设置的启动设备(通常是硬盘)启动，接着启动设备上安装的引导程序lilo或grub开始引导Linux，Linux首先进行内核的引导，接下来执行init程序，init程序调用了rc.sysinit和rc等程序，rc.sysinit和rc当完成系统初始化和运行服务的任务后，返回init；init启动了mingetty后，打开了终端供用户登录系统，用户登录成功后进入了Shell，这样就完成了从开机到登录的整个启动过程。

-->power on-->BIOS-->Lilo/Grub-->Kernerl boot-->init(rc.sysinit, rc)
-->mingetty(login)-->Shell---->

下面就将逐一介绍其中几个关键的部分：

　　第一部分：内核的引导(核内引导)

　　Red Hat9.0可以使用lilo或grub等引导程序开始引导Linux系统，当引导程序成功完成引导任务后，Linux从它们手中接管了CPU的控制权，然后CPU就开始执行Linux的核心映象代码，开始了Linux启动过程。这里使用了几个汇编程序来引导Linux，这一步泛及到Linux源代码树中的“arch/i386/boot”下的这几个文件：bootsect.S、setup.S、video.S等。

　　其中bootsect.S是生成引导扇区的汇编源码，它完成加载动作后直接跳转到setup.S的程序入口。setup.S的主要功能就是将系统参数（包括内存、磁盘等，由BIOS返回）拷贝到特别内存中，以便以后这些参数被保护模式下的代码来读取。此外，setup.S还将video.S中的代码包含进来，检测和设置显示器和显示模式。最后，setup.S将系统转换到保护模式，并跳转到 0x100000。

　　那么0x100000这个内存地址中存放的是什么代码？而这些代码又是从何而来的呢？

　　0x100000这个内存地址存放的是解压后的内核，因为Red Hat提供的内核包含了众多驱动和功能而显得比较大，所以在内核编译中使用了“makebzImage”方式，从而生成压缩过的内核，在RedHat中内核常常被命名为vmlinuz，在Linux的最初引导过程中，是通过"arch/i386/boot/compressed/"中的head.S利用misc.c中定义的decompress_kernel()函数，将内核vmlinuz解压到0x100000的。

　　当CPU跳到0x100000时，将执行"arch/i386/kernel/head.S"中的startup_32，它也是vmlinux的入口，然后就跳转到start_kernel()中去了。start_kernel()是"init/main.c"中的定义的函数，start_kernel()中调用了一系列初始化函数，以完成kernel本身的设置。start_kernel()函数中，做了大量的工作来建立基本的Linux核心环境。如果顺利执行完start_kernel()，则基本的Linux核心环境已经建立起来了。

　　在start_kernel()的最后，通过调用init()函数，系统创建第一个核心线程，启动了init过程。而核心线程init()主要是来进行一些外设初始化的工作的，包括调用do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的加载和初始化。并完成文件系统初始化和root文件系统的安装。

　　当do_basic_setup()函数返回init()，init()又打开了/dev/console设备，重定向三个标准的输入输出文件stdin、stdout和stderr到控制台，最后，搜索文件系统中的init程序（或者由init=命令行参数指定的程序），并使用 execve()系统调用加载执行init程序。到此init()函数结束，内核的引导部分也到此结束了，

第二部分：运行init

　　init的进程号是1，从这一点就能看出，init进程是系统所有进程的起点，Linux在完成核内引导以后，就开始运行init程序，。init程序需要读取配置文件/etc/inittab。inittab是一个不可执行的文本文件，它有若干行指令所组成。在Redhat系统中，inittab的内容如下所示(以“###"开始的中注释为笔者增加的)：

　　#
　　# 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

　　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
　　###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)
　　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

以上面的inittab文件为例，来说明一下inittab的格式。其中以#开始的行是注释行，除了注释行之外，每一行都有以下格式：

　　id:runlevel:action:process

　　对上面各项的详细解释如下：

　　1. id

　　id是指入口标识符，它是一个字符串，对于getty或mingetty等其他login程序项，要求id与tty的编号相同，否则getty程序将不能正常工作。

　　2. runlevel

　　runlevel是init所处于的运行级别的标识，一般使用0－6以及S或s。0、1、6运行级别被系统保留：其中0作为shutdown动作，1作为重启至单用户模式，6为重启；S和s意义相同，表示单用户模式，且无需inittab文件，因此也不在inittab中出现，实际上，进入单用户模式时，init直接在控制台（/dev/console）上运行/sbin/sulogin。在一般的系统实现中，都使用了2、3、4、5几个级别，在Redhat系统中，2表示无NFS支持的多用户模式，3表示完全多用户模式（也是最常用的级别），4保留给用户自定义，5表示XDM图形登录方式。7－9级别也是可以使用的，传统的Unix系统没有定义这几个级别。runlevel可以是并列的多个值，以匹配多个运行级别，对大多数action来说，仅当runlevel与当前运行级别匹配成功才会执行。

　　3. action

　　action是描述其后的process的运行方式的。action可取的值包括：initdefault、sysinit、boot、bootwait等：

　　initdefault是一个特殊的action值，用于标识缺省的启动级别；当init由核心激活以后，它将读取inittab中的initdefault项，取得其中的runlevel，并作为当前的运行级别。如果没有inittab文件，或者其中没有initdefault项，init将在控制台上请求输入runlevel。

　　sysinit、boot、bootwait等action将在系统启动时无条件运行，而忽略其中的runlevel。

　　其余的action（不含initdefault）都与某个runlevel相关。各个action的定义在inittab的man手册中有详细的描述。

　　4. process

　　process为具体的执行程序。程序后面可以带参数。

　　第三部分：系统初始化

　　在init的配置文件中有这么一行：

　　si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

　　它调用执行了/etc/rc.d/rc.sysinit，而rc.sysinit是一个bash shell的脚本，它主要是完成一些系统初始化的工作，rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本。它主要完成的工作有：激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块以及其它一些需要优先执行任务。

　　rc.sysinit约有850多行，但是每个单一的功能还是比较简单，而且带有注释，建议有兴趣的用户可以自行阅读自己机器上的该文件，以了解系统初始化所详细情况。由于此文件较长，所以不在本文中列出来，也不做具体的介绍。

　　当rc.sysinit程序执行完毕后，将返回init继续下一步。

第四部分：启动对应运行级别的守护进程

　　在rc.sysinit执行后，将返回init继续其它的动作，通常接下来会执行到/etc/rc.d/rc程序。以运行级别3为例，init将执行配置文件inittab中的以下这行：

　　l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5

　　这一行表示以5为参数运行/etc/rc.d/rc，/etc/rc.d/rc是一个Shell脚本，它接受5作为参数，去执行/etc/rc.d/rc5.d/目录下的所有的rc启动脚本，/etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本实际上都是一些链接文件，而不是真正的rc启动脚本，真正的rc启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。而这些rc启动脚本有着类似的用法，它们一般能接受start、stop、restart、status等参数。

　　/etc/rc.d/rc5.d/中的rc启动脚本通常是K或S开头的链接文件，对于以以S开头的启动脚本，将以start参数来运行。而如果发现存在相应的脚本也存在K打头的链接，而且已经处于运行态了(以/var/lock/subsys/下的文件作为标志)，则将首先以stop为参数停止这些已经启动了的守护进程，然后再重新运行。这样做是为了保证是当init改变运行级别时，所有相关的守护进程都将重启。

　　至于在每个运行级中将运行哪些守护进程，用户可以通过chkconfig或setup中的"System Services"来自行设定。常见的守护进程有：

　　amd：自动安装NFS守护进程
　　apmd:高级电源管理守护进程
　　arpwatch：记录日志并构建一个在LAN接口上看到的以太网地址和IP地址对数据库
　　autofs：自动安装管理进程automount，与NFS相关，依赖于NIS
　　crond：Linux下的计划任务的守护进程
　　named：DNS服务器
　　netfs：安装NFS、Samba和NetWare网络文件系统
　　network：激活已配置网络接口的脚本程序
　　nfs：打开NFS服务
　　portmap：RPC portmap管理器，它管理基于RPC服务的连接
　　sendmail：邮件服务器sendmail
　　smb：Samba文件共享/打印服务
　　syslog：一个让系统引导时起动syslog和klogd系统日志守候进程的脚本
　　xfs：X Window字型服务器，为本地和远程X服务器提供字型集
　　Xinetd：支持多种网络服务的核心守护进程，可以管理wuftp、sshd、telnet等服务

　　这些守护进程也启动完成了，rc程序也就执行完了，然后又将返回init继续下一步。

第五部分：建立终端

　　rc执行完毕后，返回init。这时基本系统环境已经设置好了，各种守护进程也已经启动了。init接下来会打开6个终端，以便用户登录系统。通过按Alt+Fn(n对应1-6)可以在这6个终端中切换。在inittab中的以下6行就是定义了6个终端：

　　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

　　从上面可以看出在2、3、4、5的运行级别中都将以respawn方式运行mingetty程序，mingetty程序能打开终端、设置模式。同时它会显示一个文本登录界面，这个界面就是我们经常看到的登录界面，在这个登录界面中会提示用户输入用户名，而用户输入的用户将作为参数传给login程序来验证用户的身份。

　　第六部分：登录系统，启动完成

　　对于运行级别为5的图形方式用户来说，他们的登录是通过一个图形化的登录界面。登录成功后可以直接进入KDE、Gnome等窗口管理器。而本文主要讲的还是文本方式登录的情况：

　　当我们看到mingetty的登录界面时，我们就可以输入用户名和密码来登录系统了。

　　Linux的账号验证程序是login，login会接收mingetty传来的用户名作为用户名参数。然后login会对用户名进行分析：如果用户名不是root，且存在/etc/nologin文件，login将输出nologin文件的内容，然后退出。这通常用来系统维护时防止非root用户登录。只有/etc/securetty中登记了的终端才允许root用户登录，如果不存在这个文件，则root可以在任何终端上登录。/etc/usertty文件用于对用户作出附加访问限制，如果不存在这个文件，则没有其他限制。

　　在分析完用户名后，login将搜索/etc/passwd以及/etc/shadow来验证密码以及设置账户的其它信息，比如：主目录是什么、使用何种shell。如果没有指定主目录，将默认为根目录；如果没有指定shell，将默认为/bin/bash。

　　login程序成功后，会向对应的终端在输出最近一次登录的信息(在/var/log/lastlog中有记录)，并检查用户是否有新邮件(在/usr/spool/mail/的对应用户名目录下)。然后开始设置各种环境变量：对于bash来说，系统首先寻找/etc/profile脚本文件，并执行它；然后如果用户的主目录中存在.bash_profile文件，就执行它，在这些文件中又可能调用了其它配置文件，所有的配置文件执行后后，各种环境变量也设好了，这时会出现大家熟悉的命令行提示符，到此整个启动过程就结束了。

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http://www.cnitblog.com/zouzheng/archive/2008/03/07/40649.html

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ARM Linux 启动过程分析

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http://download.csdn.net/download/alan0521/4361763