[ 总结 ] Linux系统启动流程

Posted 2020-06-16

Linux系统启动过程分析：

　　按下电源 --> Bios自检 --> 系统引导(lilo/grub) --> 启动内核 --> 初始化系统 --> 用户登录

 

1. BIOS自检：

    BIOS(basic input/output system), 又称基本输入输出系统，可以视为永久的记录在ROM中的一个软件，是操作系统输入输出管理的一部分。
    BIOS的功能分为两种：POST码和Runtime服务。POST阶段完成后它将从存储器中被清除,而Runtime服务会一直保留,用于目标操作系统的启动
    BIOS两个阶段所做的详细工作如下：
        (1)上电自检POST(power-on self test), 主要负责检测外围关键设备是否正常工作。例如：最常见的是内存松动，BIOS自检阶段就会报错。
        (2)步骤1成功后，便会执行一段小程序用来枚举本地设备并对其初始化。这一步主要是根据我们在BIOS中设置的系统启动顺序来搜索用于启动系统的驱动器，
        如：硬盘、光盘、U盘、软盘和网络等。
        以硬盘为例：BIOS此时去读取硬盘的第一个扇区(MBR 512字节)，然后执行里面的代码。实际上这里BIOS不管第一个扇区里面是什么内容，它只是负责读取该扇区内容并执行。
        至此，BIOS的任务就完成了，此后将系统启动的控制权移交MBR部分代码。

 

2. 系统引导：
    MBR(master boot record): 磁盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区。它由三个部分组成：主引导程序(bootloader)、硬盘分区表DPT、硬盘有效标志
    通常情况下，诸如：lilo/grub 这些常见的引导程序都直接安装在MBR的bootloader中。
    
    grub引导也分为两个阶段stage1和stage2
        stage1是直接写入到MBR的bootloader中的，机器启动完，就将控制权交给了bootloader, bootloader中就存放着stage1的代码，它的任务很单纯，仅仅是将硬盘0头0道2扇区
        读入内存。而0头0道2扇区内容是源代码中的/stage2/start.S编译后的512字节，stage1是没有识别文件系统能力的。
        

3. 启动内核：
    当stage2被载入内存执行，首先会去解析/boot/grub/grub.conf，然后加载内核镜像到内存中，并将控制权转交给内核。而内核会立即初始化系统中各个设备并做相关配置
    关于Linux设备驱动程序的加载，一部分是直接编译进内核，另一部分驱动程序则是以模块的形式放在initrd中。
    实际上Linux内核仅是包含基本的硬件驱动，在系统安装过程中会检测系统硬件信息，根据安装信息和系统硬件信息将一部分设备驱动写入initrd，这样在以后启动系统时，一部分
    设备驱动就放在initrd中来加载。
    另一个概念：initramfs 当内核启动时，内核将这个cpio包解开,并且将其中包含的文件系统释放到rootfs中。内核中的一部分初始化代码会放到这个文件系统中，作为用户层进程来执行，
    这样带来的明显好处是精简了内核初始化代码，而且使得内核的初始化过程更容易制定。
    
    grub的stage2将initrd加载到内存里，然后将其中的内容释放到内存中，内核便去执行initrd中的init脚本，这时内核将控制权交给了init文件处理。init主要是加载各种存储介质相关的设备驱动程序，
    当所需的驱动程序加载完毕后，会创建一个根设备，然后将根文件系统以只读的方式挂载。到这一步，initrd就从内存中释放掉，转换到真正的根文件系统上面去，同时运行/sbin/init程序，执行
    系统的1号进程。此后系统的控制权就全权交给了/sbin/init进程。

 

4. 初始化系统：

    /sbin/init --> /etc/inittab --> /etc/rc.d/rc.sysinit --> /etc/rc.d/* --> /etc/rc.local --> login界面(username/passwd) --> /etc/profile.d/file --> /etc/profile
                                            |
                                            |-->/etc/sysctl.conf
                                            |--> /etc/fstab
                                            
    --> /etc/bashrc --> ~/.bashrc --> ~/.bash_profile

    /sbin/init是所有进程的父进程，当它接管了系统的控制权之后:
        (1) 它首先会去读取/etc/inittab文件来执行相应的脚本进行系统的初始化,如：设置键盘，字体，装载模块，配置网络。
        (2) 获取网络环境和主机类型。首先会读取网络环境配置文件‘/etc/sysconfig/network‘，获取主机名和默认网关等网络环境
        (3)    检测与载入内存设备/proc及USB设备/sys 除了/proc外，系统会主动检测是否有usb设备，并主动加载usb驱动，尝试挂载usb文件系统
        (4)    决定是否启动selinux
        (5)    接口设备的检测和即插即用参数的测试
        (6)    用户自定义模块的加载。用户可以在‘/etc/sysconfig/modules/*.modules‘ 加入自定义模块,此时会加载到系统中。
        (7)    加载核心相关的设置。按‘/etc/sysctl.conf‘这个文件的设置值配置功能。
        (8) 设置系统时间。
        (9) 设置终端控制台的字体。
        (10) 设置raid及LVM等硬盘功能
        (11) 以只读方式检测磁盘文件系统
        (12) 进行磁盘配额quota的转换
        (13) 重新以只读方式加入系统磁盘
        (14) 启动quota功能
        (15) 启动系统随机数设备
        (16) 清除启动过程中的临时文件。
        (17) 将启动信息加载到‘/var/log/dmesg‘文件中
    
    当/etc/rc.sysinit执行完毕，系统就可以顺利工作了。只是要需要启动系统所需的各种服务，这样主机才可以提供相关的网络和主机功能。

 

最后放一张图诠释启动过程：