研究任务linux系统开机启动过程

Posted 2020-11-19

总览

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加载Bios

• 一个特殊的应将电路在CPU的一个引脚上产生一个RESET逻辑值，然后会把一些寄存器(包括cs和eip)设置成固定的值

• 然后执行在物理地址为0xFFFF FFF0处找到的代码，硬件把这个地址映射到某个只读、持久的存储芯片中，该芯片通常为ROM

• 而ROM中存放的程序集在80x86体系统通常叫做BIOS

BIOS由两部分组成: POST代码和运行时服务

加载mbr

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0×0000 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(GRUB原来就是Bootloader)。

提取MBR的信息

要看MBR的内容，请使用下面的命令

#从/dev/sda上读取前512个字节的内容，并将其写入mbr.bin文件中

[[email protected] pam.d]# dd if=/dev/sda of=mbr.bin bs=512 count=1

#以十六进制和ASCII码格式打印这个二进制文件的内容

[[email protected] pam.d]# od -xa mbr.bin

加载bootloader

在嵌入式系统中，启动第一步、第二步不存在的，直接从Bootloader开始运行。

Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。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。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。

• Bootloader从地址为0x0009 0200开始存入RAM中，而setup()函数链接在此处，然后跳转setup()开始执行，作用再次初始化硬件设备(BIOS已经初始化了)

• setup()结束跳转到startup_32(),这里面会解压内核，也就是第四步中提到的，然后跳转到0x0010 0000处。

• 执行第二个startup_32()函数，与前一个函数名相同，但是起始物理地址不同，函数结尾会跳转到start_kernel()处。

• 执行start_kernel(),作用是完成Linux内核的初始化工作。，几乎每个内核部件都是由这个函数进行初始化的。

加载内核

根据grub设定的内核映像所在路径(Bootloader给出Image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。

至此，Linux内核已经建立起来。

设置运行等级

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

初始化系统设置

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

启动内核模块

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

执行不同级别的脚本程序

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。

执行个性化程序

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。

进入登陆状态

执行/bin/login

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Grub是一个系统引导程序，其又分成两个阶段：第一阶段：保存在MBR中，用汇编编写，也就是MBR中的引导程序部分，功能包括：①基础硬件设备初始化(屏蔽所有中断、关闭处理器内部指令/数据cache等)；②为加载Grub的另一部分Stage2准备空间；③如果从某个固态存储介质中，则拷贝Grub中Stage2到RAM空间中；④设置好堆栈；⑤跳转到Stage2的C程序入口点；第二阶段：通常由C语言编写，功能包括：①初始化本阶段使用到的硬件设备；②检测系统内存映射；③将kernel映像和根文件系统映像从Flash读到RAM中；④为内核设置启动参数；⑤调用内核。----------分隔符------------第二阶段通常保存在/boot/grub中，当我们启动系统进入Grub界面，会看到选择信息，如果我们编译了系统内核的话，我们可以选择从某个内核启动。同时注意Grub配置文件和内核在/boot分区。从前面分析可以看出，Grub第一阶段需要到MBR中读引导程序，第二阶段需要到/boot分区读系统内核和配置文件。