Linux系统启动流程

Posted 2021-01-01

1.linux系统启动流程

1.加载BIOS的硬件信息，获取第一个启动设备
Power-On-Self-Test，加电自检，是Bios功能的一个主要部分。负责完成对CPU、主板、内存、硬盘子系统、显示子系统、串并行接口、键盘、CD-ROM光驱等硬件情况的检测。
BIOS保存着有关计算机系统最重要的基本输入输出程序，系统信息设置、开机加电自检程序和系统启动自举程序等，这一程序知道一些直接连接在主板上的硬件，现在大部分BIOS允许从软盘，硬盘，光盘中选择一个来启动计算机，BIOS会获得其中一个设备，通常情况下是硬盘，特殊情况是光盘。
2.装载主引导程序boot loader
当BIOS获取到第一个启动设备后，计算机会读取这个设备的起始的512字节，这512字节叫做主引导记录MBR，MBR能够告诉计算机从该设备的某一个分区来装载引导加载程序boot loader。boot loader存储有操作系统的相关信息，我的计算机是装载硬盘上的，可以通过下面的命令查看硬盘的前512字节：

hexdump -C -v -n 512 /dev/sda

执行结果如下：

-C是以16进制方式显示，-v不忽略其中的0，-n 512 只显示前512字节，/dev/sda是我的硬盘。
3.boot loader加载内核
boot loader主要有三个功能，如下：
1.提供启动菜单
2.加载内核
3.将引导交给其他的loader
启动系统时，可以选择需要启动的操作系统,会列出一个启动菜单，这部分功能是boot loader提供的。其次是加载内核，内核加载成功后，boot loader会把引导交给别的loader，boot loader只能引导linux系统启动，并不能引导Windows等其他的操作系统启动，但是，boot loader有着其他loader不具有的特点，就是他可以将引导交给其他的loader，但Windows等操作系统的loader却没有这种功能。
我们先来看一下启动菜单：如下图：

我们可以通过上下键来选择我们想要的启动项，当然此处我们只有一个启动项。
第二步是加载内核，首先我们要知道当计算机开机的时候，文件系统模块还没有被加载，但我们的系统盘却是一个ext3或者ext4，xfs的文件系统，里面存放着我们的内核文件，具体是存在boot下，那我们在不知道boot没有文件系统的情况下如何去读取内核文件，并把它加载进内存呢？
我们先看加载内核的过程，加载内核一共是分为3个步骤，分别为stage1，stage1.5，stage2，上面我们看到的MBR分区表结构，我们知道，这一块硬盘的第一个扇区一共512字节，其中第447到512是我们的分区表和55aa，那么前446字节是什么呢，前446字节存放就是我们的stage1，他的功能是实现基本的引导，例如判断分区的文件系统类型。
我们知道现在文件系统还没有被加载，我们读取了第一个扇区的内容，知道了stage1的内容，如何去读取实现stage1.5呢？
通过stage1到stage1.5是通过硬件中断来实现的，具体不在研究。
stage1.5是通过stage1判断分区的文件系统类型，在stage1.5中加载对应的分区文件系统模块。我们可以看一下/boot下的内容如下：

我们的系统才用的是grub引导的，我们在/boot下可以看到有一个grub的目录，进入这个目录，我们可以看到下面的内容：

我们可以看到很多文件系统名下stage1_5的文件名，这些即是我们在stage1.5要加载的文件系统模块，stage1.5的功能也即是加载这些文件系统模块。
在grub下我么可以看到一个叫做grub.conf的文件，这就是我们的grub配置文件，也是stage2阶段要加载的文件，我们可以看一下这个文件中的内容如下：

default=0是默认加载第一个启动项，我们也只有这一个启动项。当我们有多个启动项是可以将默认设为别的，如下面的配置文件：

timeout是在多长时间内切换启动项，我们一般是不用修改的。
接下来的一行是启动时的背景图片，这个可以修改，但是意义不大。
接下来的是启动菜单，每一个title是一个启动项，title后面是启动项的名字，如上第一个title的名字是Red Hat Enterprise Linux Server 1111111 (2.6.18-164.el5)接下来的root （hd0,0)是指根是第一块硬盘的第一个分区，即我们的/boot，kernel后是我们的内核路径，然后加载内核，根是root=后面的内容，ro是以只读方式加载根，rhgb是以图形化加载，quite是保持安静，即不加载内核中的模块加载，initrd是我们需要加载的服务的映像文件，我们可以用下面的命令来生成镜像文件：

mkinitrd /boot/initrd-$(uname -r).img $(uname -r)
或者
mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

4.启动init
我们可以查看/etc/inittab的内容如下：

这里面是我们的init级别，我们可以看到就一共有7个级别，我们分别说一下这七个级别：
init0，inin0和halt是一样的，所以不要把0设置为默认级别
init1，单用户模式，可以理解为救援模式
init2，没有网络服务的多用户模式
init3，多用户模式，我们一般将3设置为morenjibie
init4，保留的，并没有被使用的模式
init5，带有图形化的多用户模式
init6，init6和reboot一样，所以也不要将6设置为默认级别
我们可以看到上面有一行如下：

id:5:initdefault:

这代表当前的默认级别是5级别。
当内核启动后会读取init配置文件启动相应的服务。这时系统就完全启动完成了。