linux系统启动流程

Posted 2020-11-04 鱼夫

系统启动简述

Linux 操作系统的启动首先从 Bios 开始，接下来进入 boot loader，由 bootloader 载入内核，进行内核初始化。内核初始化的最后一步就是启动 pid 为 1 的 init 进程。这个进程是系统的第一个进程。它负责产生其他所有用户进程。

init 以守护进程方式存在，是所有其他进程的祖先。init 进程非常独特，能够完成其他进程无法完成的任务。
先通过一张图来简单了解下整个系统启动的流程，整个过程基本可以分为POST-->BIOS-->MBR(GRUB)-->Kernel-->Init-->Runlevel。下面会详细说明每个过程的作用。

第一阶段：硬件引导启动（BIOS加电自检）

• 第一步：检查硬件
  BIOS是存储在主板芯片上的基本输入输出系统。计算机在开机时，会最先读取该系统进行加电自检。这个过程主要完成检查CPU和内存等计算机最基本的组成单元（控制器，运算器和存储器），如果检查没有异常就开始加载BIOS程序到内存。此时第一阶段第一步奏完成。
• 第二步：引导MBR启动Bootloader
  在加电自检完成后BIOS会加载MBR并且运行grub（Bootloader程序）；MBR主引导分区信息在硬盘的0柱面，0磁头，第一个扇，区，它由三个部分组成，主引导程序（bootloader），硬盘分区表DPT，和硬盘有效标志（55AA），它的结构图示如下：

第二阶段：grub启动引导

GRUB是系统引导程序，主要是加载内核到内存中运行，运行步奏如下：

• Stage1：第一阶段是加载Bootloader程序，stage1是直接被写到MBR中的（主板上），此时系统在没有启动时stage1是识别不到文件系统的，

• Stage1.5：为什么会有stage1.5的过程呢，由于stage1识别不了文件件系统，也就无法加载内核，stage1_5作为stage1和stage2中间的桥梁，stage1_5有识别文件系统的能力，此后grub才有能力去访问/boot分区/boot/grub目录下的 stage2文件，将stage2载入内存并执行。

• Stage2： 当stage2被载入内存执行时，它首先会去解析grub的配置文件/boot/grub/grub.conf中的Kernel的信息，然后将Kernel加载到内存中运行，当Kernel程序被检测并在加载到内存中，GRUB就将控制权交接给了Kernel程序。

第三阶段：内核引导

• 加载内核
  Kernel，内核，是linux系统中最主要的程序，当GRUB将内核加载到内存后，内核开始解压缩内核文件将内核启动。　Kernel会以只读方式挂载根文件系统，当根文件系统被挂载后，开始装载第一个进程(用户空间的进程)，执行/sbin/init，之后就将控制权交接给了init程序。

第四阶段：init初始化

init是系统所有进程的父进程，pid为1，当init接管了系统的控制权后，init进程首先读取/etc/inittab文件来执行脚本进行相应系统初始化,要注意的是：/etc/inittab文件只定义系统默认运行级别，真正进行系统初始化工作的是/etc/rc.sysinit脚本，这是第一个被执行的脚本。它完成的工作如下：

1. 激活udev和selinux；
2. 根据/etc/sysctl.conf文件，来设定内核参数;
3. 设定系统时钟；
4. 装载硬盘映射；
5. 启用交换分区；
6. 设置主机名；
7. 根文件系统检测，并以读写方式重新挂载根文件系统；
8. 激活RAID和LVM设备；
9. 启用磁盘配额；
10. 根据/etc/fstab，检查并挂载其他文件系统；

执行完后，根据配置的启动级别，执行对应目录底下的脚本，最后执行/etc/rc.d/rc.local这个脚本，至此，系统启动完成。

runlevel

runlevel,系统运行级别，不同的级别会启动的服务不一样，init会根据定义的级别去执行相应目录下的脚本，Linux的启动级别分为以下几种：
0：关机模式

　　1：单一用户模式(直接以管理员身份进入)

　　2：多用户模式（无网络）

　　3：多用户模式（命令行）

　　4：保留

　　5：多用户模式（图形界面）

　　6：重启

执行/etc/rc.d/rc脚本

在不同的运行级别下，/etc/rc.d/rc这个脚本会分别执行不同目录下的脚本，rc.sysinit通过分析/etc/inittab文件来确定系统的启动级别，然后才去执行。

• Run level 0 – /etc/rc.d/rc0.d/
• Run level 1 – /etc/rc.d/rc1.d/
• Run level 2 – /etc/rc.d/rc2.d/
• Run level 3 – /etc/rc.d/rc3.d/
• Run level 4 – /etc/rc.d/rc4.d/
• Run level 5 – /etc/rc.d/rc5.d/
• Run level 6 – /etc/rc.d/rc6.d/

这些目录下的脚本只有K和S开头的文件，K开头的文件为开机需要执行关闭的服务，S开头的文件为开机需要执行开启的服务。如果要对某个运行级别中的服务进行更具体的定制，通过chkconfig命令来操作。这些shell脚本的启动或结束顺序是由S或K字母后面的数字决定，数字越小的脚本越先执行。例如，/etc/rc.d/rc3.d /S01sysstat就比/etc/rc.d/rc3.d /S99local先执行。

自定义引导程序rc.local

在/etc/rc.d/rc.local文件中可以让用户自定义开机要执行的指令或脚本，其实当执行/etc/rc.d/rc3.d/S99local时，它就是在执行/etc/rc.d/rc.local。S99local是指向rc.local的符号链接。就是一般来说，自定义的程序不需要执行上面所说的繁琐的建立shell增加链接文件的步骤，只需要将命令放在rc.local里面就可以了，这个shell脚本就是保留给用户自定义启动内容的。

login

当完成系统所有启动任务后启动shell进行用户登录操作，Linuix默认的shell是Bash，它会读入一系列的配置文件。
1）命令行登录：首先读入 /etc/profile，这是对所有用户都有效的配置；然后依次寻找下面三个文件，这是针对当前用户的配置。
　　~/.bash_profile
　　~/.bash_login
　　~/.profile
需要注意的是，这三个文件只要有一个存在，就不再读入后面的文件了。比如，要是 ~/.bash_profile 存在，就不会再读入后面两个文件了。
2）ssh登录：与第一种情况完全相同。
3）图形界面登录：只加载 /etc/profile 和 ~/.profile。也就是说，~/.bash_profile 不管有没有，都不会运行。
在整个启动过程中要读取执行的脚本流程大致如下：

整个系统启动流程简述如上，最后附上一张非常完整的系统启动流程图：