Linux系统启动流程

Posted 2020-10-06

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux系统启动流程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言：

事物总是遵循某种规律而发展演变，我们无论是在公司还是在家庭，办一件事总是按照某种流程，某

种规则来做，如果这种规则被打破，不管是公司还是家庭都将乱成一锅粥。对于富有哲学思想的Linux操

作系统而言，这种规律也必须遵循，今天就带大家去一窥CentOS 6 的启动过程。

Linux启动流程

Linux的启动流程从大的方向来说可以分解为四个阶段段：首先，加载硬件信息即Bios阶段；其次便

是MBR阶段，这一阶段包括MBR中的statege1阶段的BootLoader、MBR之后的stage1_5阶段以及在之

后的stage2阶段即读取/boot/grub/grub.conf文件。第三阶段是：内核开始工作，初始化相应的配置；

最后便是为用户登录做准备的阶段，加载各种配置文件，提供用户登录终端。

一、BIOS

BIOS是基本输入输出系统（Basic Input Output System）的简称，是计算机中最基础，最重要的程

序，存储在主板上的Flash ROM中。

BIOS加电自检中会检查内存、CPU、主板等硬件中是否存在错误，出现错误后会有两种处理情况：对

于严重故障（致命性故障）则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，不能给出然后提示或信号；对

于非严重故障则给出提示或声音警报信号，等待用户处理。引导操作系统：BIOS会先从软盘或硬盘的开

始扇区读取引导记录，如果没有找到，则会在显示器上显示没有引导设备，如果找到就把电脑的控制交

给引导记录处理。

二、MBR

MBR，是Master Boot Record的简称，即主引导记录。对于不同的分区类型来说，相应的叫法不一样，在MBR的分区类型中称为MBR，而在GPT分区中称为UEFI，本文主要以MBR分区类型加以说明。MBR是存储在硬盘上的0磁道第一扇区中，其大小为512字节；这段数据不属于任何分区。我们可以通过

hexdump -C 来查看其数据，如下图：

1、stage 1阶段

上图中从地址0000000到000001b0标记的内容便是BootLoader所在的位置，共446字节，即stage1

阶段，这一阶段的任务比较简单，就是初始化环境，为后面的阶段做准备。

黄色线之后的位置一直到红色方框之间的内容为分区表信息，这段数据异常重要，如果破坏，也就宣

告你这个操作系统将不能工作，最后面红色方框内的内容是磁盘的检验位，如果该数据被破坏了，系统

将认为你这块磁盘不可用，那么系统也将不可使用。

2、stage1_5阶段

这一阶段，是存储在第一扇区之后的扇区中，大概有27个扇区的大小（还有待考证），共计

512X27=13824个字节。由于stage1阶段并不加载文件系统的驱动，所以stage1_5的作用主要是加载

/boot所在分区文件系统类型的驱动，是系统能够找到/boot。这些数据最后以*stage1_5这种格式的文

件存放在/boot/grub目录下。

3、stage2阶段

有了stage1_5阶段的引导，系统临时以/boot为根，此时系统将去找/boot/grub/grub.conf（针对

CentOS 7之前的系统，CentOS 7采用的grub2），这个文件在系统的启动流程中占据这重要的作用；在

进入系统读秒结束后进入的菜单就是由它来定义的（正常启动可在读秒时按任意键进入该菜单）。而且

在这个文件中定义了系统的内核文件，以及虚拟根文件系统文件。

grub.conf文件：使用vim打开grub.conf文件。

[ [email protected] boot ]#cat grub/grub.conf  # 由于该系统文件是我自己修改过的，系统给的更全一些
default=0
timeout=5
hiddenmenu
title  linux
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz root=/dev/sda2 init=/sbin/init 
initrd /initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img

default=0：表示默认以哪个内核启动启动

timeout=N：表示默认启动倒计时，如果你不选择启动项，倒计时N秒将以默认内核启动

hiddenmenu：表示显示菜单，如果你不写这一项，启动时将隐藏菜单

root （hd0,0）：指定根所在的分区

kernel：指定启动的内核文件；root所在的分区，以及初始化第一个进程等信息

initrd ：指定initramfs文件，即虚拟根文件系统

注意：上述kernel和initrd的顺数是不能交换的。如果顺序颠倒，系统将不能启动

三、Kernel（初始化）

我们知道kernel是完成探索硬件及加载硬件驱动程序，并以读写的方式挂载根文件系统。那么这里就

出现一个比较诡异的问题，是什么问题呢？我们又知道，要想访问真正的根文件系统（rootfs）的话，就

必须加载根文件系统中的设备，这时根文件系统又没有挂载，要挂载根文件系统又得加载根文件系统中

的驱动程序哪怎么办呢？这是就用到了initrd文件了。

initrd功能说明

其实说白了initrd就是一个虚拟的文件系统，里面有/、lib、bin、sbin、usr、proc、sys、var、

dev、boot等一些目录，其实你会发现里面的目录有点像真的/对吧，所以我们称之为虚拟的根文件系

统，作用就是将kernel和真的根文件系统建立关联关系，让kernel去initrd中加载根文件系统所需要的驱

动程序，并以读写的方式挂载根文件系统，并让执行用户当中第一个进程init

四、init阶段

init，顾名思义即初始化，这里的初始与kernel的初始化不同，由于用户不能直接与内核进行交互，所

以我们必须要有一个程序或者服务来供用户使用。init初始化相当于用户空间的初始化过程，为用户的登

录做初始化操作。

1、运行/sbin/init

内核在引导完成之后会执行系统的第一个进程init。这时也就正式进入了sysVinit的引导环境。Init之

后的所有进程都是由init派生出来，它的PID永远为1。

2、读取/etc/inittab文件

[ [email protected] / ]#vim /etc/inittab 

# inittab is only used by upstart for the default runlevel.
#
# ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# System initialization is started by /etc/init/rcS.conf
#
# Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf
#
# Terminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,
# with configuration in /etc/sysconfig/init.
#
# For information on how to write upstart event handlers, or how
# upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).
#
# Default runlevel. The runlevels used 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 have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
# 
id:3:initdefault:         # 定义默认启动级别为3

由该文件的说明信息可知：这是一个用来定义用户默认启动级别的文件，如果你修改了最后一行的数

值你将进入相应的运行级别（例如：id:5:initdefault: 默认开机进入图形化级别）。使用who -r可以查看

你当前的运行级别。

3、读取/etc/rc.sysinit

Init在得到运行级别之后并不会立即执行该运行级别的一组服务程序，而执行的第一个程序是/etc/rc.d

/rc.sysinit脚本程序。该程序的在centos5的inittab文件中有如下一行： si:sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit 这

个脚本所做的工作有很多，包括主机名，文件系统，swap，SELinux，udev，内核参数，系统钟，Raid

和LVM等服务的开启。为后续服务启动准备基础环境。

4、加载服务/etc/rc.d/rc$.d

根据你/etc/inittab中定义的运行级别，启动相应的服务（其实：运行级别就是不同服务的组合）。