linux操作系统的详细启动过程，谢谢（硬件启动的先后顺序）

Posted 2023-04-13

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。

加载内核

LILO启动之后，如果你选择了Linux作为准备引导的操作系统，第一个被加载的东西就是内核。请记住此时的计算机内存中还不存在任何操作系统， PC(因为它们天然的设计缺陷)也还没有办法存取机器上全部的内存。因此，内核就必须完整地加载到可用RAM的第一个兆字节之内。为了实现这个目的，内核是被压缩了的。这个文件的头部包含着必要的代码，先设置CPU进入安全模式(以此解除内存限制)，再对内核的剩余部分进行解压缩。

执行内核

内核在内存中解压缩之后，就可以开始运行了。此时的内核只知道它本身内建的各种功能，也就是说被编译为模块的内核部分还不能使用。最基本的是，内核必须有足够的代码设置自己的虚拟内存子系统和根文件系统(通常就是ext2文件系统)。一旦内核启动运行，对硬件的检测就会决定需要对哪些设备驱动程序进行初始化。从这里开始，内核就能够挂装根文件系统(这个过程类似于Windows识别并存取C盘的过程)。内核挂装了根文件系统之后，将启动并运行一个叫做 init的程序。

注意：在这里我们故意略去了Linux内核启动的许多细节，这些细节只有内核开发人员才感兴趣。如果你好奇的话，可以访问http：//www.redhat.com:8080地址处的 “Kernel Hackers Guide”。

init进程

init进程是非内核进程中第一个被启动运行的，因此它的进程编号PID的值总是1。init读它的配置文件/etc/inittab，决定需要启动的运行级别(Runlevel)。从根本上说，运行级别规定了整个系统的行为，每个级别(分别由0到6的整数表示)满足特定的目的。如果定义了 initdefault级别，这个值就直接被选中，否则需要由用户输入一个代表运行级别的数值。

输入代表运行级别的数字之后，init根据/etc/inittab文件中的定义执行一个命令脚本程序。缺省的运行级别取决于安装阶段对登录程序的选择：是使用基于文本的，还是使用基于X-Window的登录程序。

rc命令脚本程序

我们已经知道，当运行级别发生改变时，将由/etc/inittab文件定义需要运行哪一个命令脚本程序。这些命令脚本程序负责启动或者停止该运行级别特定的各种服务。由于需要管理的服务数量很多，因此需要使用rc命令脚本程序。其中，最主要的一个是/etc/rc.d/rc，它负责为每一个运行级别按照正确的顺序调用相应的命令脚本程序。我们可以想象，这样一个命令脚本程序很容易变得难以控制！为了防止这类事件的发生，需要使用精心设计的方案。

对每一个运行级别来说，在/etc/rc.d子目录中都有一个对应的下级目录。这些运行级别的下级子目录的命名方法是rcX.d，其中的X就是代表运行级别的数字。比如说，运行级别3的全部命令脚本程序都保存在/etc/rc.d/rc3.d子目录中。

在各个运行级别的子目录中，都建立有到/etc/rc.d/init.d子目录中命令脚本程序的符号链接，但是，这些符号链接并不使用命令脚本程序在 /etc/rc.d/init.d子目录中原来的名字。如果命令脚本程序是用来启动一个服务的，其符号链接的名字就以字母S打头；如果命令脚本程序是用来关闭一个服务的，其符号链接的名字就以字母K打头。

许多情况下，这些命令脚本程序的执行顺序都很重要。如果没有先配置网络接口，就没有办法使用DNS服务解析主机名！为了安排它们的执行顺序，在字母S 或者K的后面紧跟着一个两位数字，数值小的在数值大的前面执行。比如：/etc/rc.d/rc3.d/S50inet就会在 /etc/rc.d/rc3.d/S55named之前执行(S50inet配置网络设置，S55named启动DNS服务器)。

存放在/etc/rc.d/init.d子目录中的、被符号链接上的命令脚本程序是真正的实干家，是它们完成了启动或者停止各种服务的操作过程。当 /etc/rc.d/rc运行通过每个特定的运行级别子目录的时候，它会根据数字的顺序依次调用各个命令脚本程序执行。它先运行以字母K打头的命令脚本程序，然后再运行以字母S打头的命令脚本程序。对以字母K打头的命令脚本程序来说，会传递Stop参数；类似地对以字母S打头的命令脚本程序来说，会传递 Start参数。

编写自己的rc命令脚本

在维护Linux系统运转的日子里，肯定会遇到需要系统管理员对开机或者关机命令脚本进行修改的情况。有两种方法可以用来实现修改的目的：

● 如果所做的修改只在引导开机的时候起作用，并且改动不大的话，可以考虑简单地编辑一下/etc/rc.d/rc.local脚本。这个命令脚本程序是在引导过程的最后一步被执行的。

● 如果所做的修改比较细致，或者还要求关闭进程使之明确地停止运行，则需要在/etc/rc.d/init.d子目录中添加一个命令脚本程序。这个命令脚本程序必须可以接受Start和Stop参数并完成相应的操作。

第一种方法，编辑/etc/rc.d/rc.local脚本，当然是两种方法中比较简单的。如果想在这个命令脚本程序中添加内容，只需要使用喜欢的编辑器程序打开它，再把打算执行的命令附加到文件的末尾就可以了。这对一两行的修改来说的确很便利。

如果确实需要使用一个命令脚本程序，这时必须选择第二个方法。编写一个rc命令脚本程序的过程并不像想象中那么困难。我们下面就给出一个例子，看看它是怎样实现的(顺便说一句，你可以把我们的例子当作范本，按照自己的需要进行修改和添加)。

假设你打算每隔60分钟调用一个特殊的程序来弹出一条消息，提醒自己需要从键盘前面离开休息一会儿，命令脚本程序将包括下面几个部分：

● 关于这个命令脚本程序功能的说明(这样就不会在一年之后忘记它)；

● 在试图运行它之前验证这个命令脚本程序确实存在；

● 接受start和stop参数并执行要求的动作。

参数给定后，我们就可以编写命令的脚本程序。这个程序很简单，大家可以自己编写一下，我在这里就不给出了。

编写好新的命令脚本程序之后，再从相关的运行级别子目录中加上必要的符号链接，来控制这个命令脚本程序的启动或者停止。在我的印象中，只想让它在运行级别3或者运行级别5中启动，原因是我认为只有这两个运行级别才是日常工作的地方。最后，希望这个命令脚本程序在进入运行级别6(重启动)的时候被关闭。

激活或者禁止服务项目

有的时候会发现，在引导的时候并不需要某个特定的服务被启动。如果你正在考虑使用Linux替换Windows NT的文件和打印服务器，就更是如此。

我们已经知道，在特定的运行级别子目录中给符号链接改个名称，就可以让该服务不被启动，如把其名称的第一个字母由S改为K。一旦熟练掌握了命令行和符号链接，就会发现这是激活或者禁止服务的最快办法。

在学习这个改名方法的时候，可能会觉得图形化的操作界面ksysv比较容易掌握。虽然它原来是设计使用在KDE环境里的，但在 Red Hat Linux 7.2下缺省安装的GNOME环境里也运行得很好。如果想启动它，只需简单地打开一个xterm窗口，并输入ksysv命令就可以了。屏幕上会出现一个窗口，其中列出了能够修改的全部参数，需要时还包括在线帮助。

警告：如果是在一个现实中的系统上学习本文的知识，要多多运用常识。当试着对启动脚本程序进行修改的时候，要记住所做的修改可能会造成你的系统不能正常工作，而且无法采用重启动的方法恢复。不要在正常运转的系统上实验新的设置，对你准备修改的文件要全部进行备份。最重要的是，在手边要准备一张引导盘以防不测 参考技术A 1983年，理察·马修·斯托曼（Richard Stallman）创立了GNU计划（GNU Project）。这个计划有一个目标是为了发展一个完全免费自由的 Unix-like 操作系统。自1990年代发起这个计划以来，GNU 开始大量的产生或收集各种系统所必备的元件，像是——函式库（libraries）、编译器（compilers）、侦错工具（debuggers）、文字编辑器（text editors）、网页服务器（web server），以及一个Unix的使用者接口（Unix shell）——除了执行核心（kernel）仍然付阙外。1990年，GNU计划开始在马赫微核（Mach microkernel）的架构之上开发系统核心，也就是所谓的GNU Hurd，但是这个基于Mach的设计异常复杂，发展进度则相对缓慢。
Linux的基本思想有两点：第一，一切都是文件；第二，每个软件都有确定的用途，同时它们都尽可能被编写得更好。其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，都被视为拥有各自特性或类型的文件。至于说Linux是基于Unix的，很大程度上也是因为这两者的基本思想十分相近。 参考技术B 在启动之前，各个系统应该是没什么差别的

第一步： 当我们按下电源开关时，电源就开始向主板和其它设备供电，此时电压还不太稳定，主板上的控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET（重置）信号，让CPU内部自动恢复到初始状态，但CPU在此刻不会马上执行指令。当芯片组检测到电源已经开始稳定供电了（当然从不稳定到稳定的过程只是一瞬间的事情），它便撤去RESET信号（如果是手工按下计算机面板上的Reset按钮来重启机器，那么松开该按钮时芯片组就会撤去RESET信号），CPU马上就从地址FFFF0H处开始执行指令，从前面的介绍可知，这个地址实际上在系统BIOS的地址范围内，无论是Award BIOS还是AMI BIOS，放在这里的只是一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动代码处。

第二步： 系统BIOS的启动代码首先要做的事情就是进行POST（Power－On Self Test，加电后自检），POST的主要任务是检测系统中一些关键设备是否存在和能否正常工作，例如内存和显卡等设备。由于POST是最早进行的检测过程，此时显卡还没有初始化，如果系统BIOS在进行POST的过程中发现了一些致命错误，例如没有找到内存或者内存有问题（此时只会检查640K常规内存），那么系统BIOS就会直接控制喇叭发声来报告错误，声音的长短和次数代表了错误的类型。在正常情况下，POST过程进行得非常快，我们几乎无法感觉到它的存在，POST结束之后就会调用其它代码来进行更完整的硬件检测。

第三步： 接下来系统BIOS将查找显卡的BIOS，前面说过，存放显卡BIOS的ROM芯片的起始地址通常设在C0000H处，系统BIOS在这个地方找到显卡BIOS之后就调用它的初始化代码，由显卡BIOS来初始化显卡，此时多数显卡都会在屏幕上显示出一些初始化信息，介绍生产厂商、图形芯片类型等内容，不过这个画面几乎是一闪而过。系统BIOS接着会查找其它设备的BIOS程序，找到之后同样要调用这些BIOS内部的初始化代码来初始化相关的设备。

第四步： 查找完所有其它设备的BIOS之后，系统BIOS将显示出它自己的启动画面，其中包括有系统BIOS的类型、序列号和版本号等内容。

第五步： 接着系统BIOS将检测和显示CPU的类型和工作频率，然后开始测试所有的RAM，并同时在屏幕上显示内存测试的进度，我们可以在CMOS设置中自行决定使用简单耗时少或者详细耗时多的测试方式。

第六步： 内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，包括硬盘、CD－ROM、串口、并口、软驱等设备，另外绝大多数较新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的定时参数、硬盘参数和访问模式等。

第七步： 标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备，每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。

第八步： 到这一步为止，所有硬件都已经检测配置完毕了，多数系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个表格，其中概略地列出了系统中安装的各种标准硬件设备，以及它们使用的资源和一些相关工作参数。

第九步： 接下来系统BIOS将更新ESCD（Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据）。ESCD是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的一种手段，这些数据被存放在CMOS（一小块特殊的RAM，由主板上的电池来供电）之中。
通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会更新，所以不是每次启动机器时我们都能够看到“Update ESCD… Success”这样的信息，不过，某些主板的系统BIOS在保存ESCD数据时使用了与Windows系统不相同的数据格式，于是Windows在它自己的启动过程中会把ESCD数据修改成自己的格式，但在下一次启动机器时，即使硬件配置没有发生改变，系统BIOS也会把ESCD的数据格式改回来，如此循环，将会导致在每次启动机器时，系统BIOS都要更新一遍ESCD，这就是为什么有些机器在每次启动时都会显示出相关信息的原因。

第十步： ESCD更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。

Linux系统从开机到正常提供服务的详细开机启动流程

1、BIOS加电自检，检测硬件，找到引导分区
2、读取并执行MBR（主引导记录）的bootloader（grub程序）
3、根据bootloader中的设备加载kernel，kernel会开始检测硬件与加载驱动
/etc/grub.conf 就是bootloader中需要加载kernel的配置文件
4、内核启动
文件为：/sbin/init，主要是准备软件执行环境
5、初始化系统
/etc/init/rcS.conf 文件中执行/etc/rc.d/rc.sysinit
rc.sysinit脚本的功能：
主机名、挂载设备、判断是否启动selinux、网络环境、初始化raid
6、init找到/etc/inittab文件，确定默认的运行级别
运行级别：
# Default runlevel. The runlevels used are:
#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this) 关机
#   1 - Single user mode 单用户模式
#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)     多用户模式，不支持网络
#   3 - Full multiuser mode 多用户模式，不支持网络
#   4 - unused 保留项
#   5 - X11 图形模式
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this) 重启
# 
id:3:initdefault: 默认是图形模式，一般工作场景改成3文本模式

7、系统启动运行的程序 /etc/init/rc.conf 
如果系统运行级别是3，进入/etc/rc3.d下看到许多以K开头的文件，表示该级别不启动服务；S开头的文件，表示该级别下启动服务。数字代表的是启动顺序，由小到大。启动服务查看chkconfig --list
8、执行/etc/rc.d/rc.local
想要开机执行某个命令或是执行某个脚本，就写到这个文件里。
9、开启终端或者图形界面（前提系统安装了桌面的软件包），输入帐号和密码登陆到系统中，开启shell 

备注：附图两张（Linux开机启动技术发展历程：init-upstart-systemd）

图一：

图二：