Linux基础--系统启动流程

Posted 2020-06-30

基本上Linux的启动过程如图所示，不同版本之间可能有一些细微的差别，后面再做介绍，但总体上就是这样一个流程。

• 从机器上电开始，首先直接将ROM芯片中的Bios程序加载到内存中运行。BIOS程序首先进行POST（Power On Self Test），即硬件自检，自检通过则按照BIOS中Boot Sequence中定义启动顺序去找相应设备上的0号扇区，尝试寻找其中的BootLoader程序。

• 如果找到了BootLoader程序则将其加载到内存中，将系统控制权交给BootLoader。而BootLoader则会根据其配置文件进行工作，加载内核和伪根文件系统至内存中，同时告诉内核启动时哪个程序作为系统初始化程序。

• 这个时候BootLoader也完成了它的使命，将系统控制权交给内核。内核首先使用伪根文件系统，加载其中的真正的根文件系统的驱动程序。

• 内核以只读方式挂载真正的根文件系统，防止误操作损坏真正的根文件系统。

• 切换至真正的根文件系统，并以读写方式重新挂载根文件系统。

• 启动系统初始化程序，之后的启动工作全部交由系统初始化程序完成，内核退居幕后。只有在需要使用核心系统调用时，才交由内核完成。

这里有几点需要注意的：

1. UEFI作为新一代的标准规范，很好地适应的现代计算机的发展趋势，正在慢慢普及，未来会取代BIOS，但它们的作用本质上是一样的。

2. BootLoader是用来引导操作系统的程序，存在于磁盘0号扇区MBR（主引导记录，512字节）的前446字节中。

1. 其实这样描述也不准确，因为446字节的空间对于一个完备的现代操作系统引导程序来说实在是有限，所以现在的BootLoader一般都分为N段式，不过第一段还是存在于这446字节内的。

2. MBR由于其空间限制，也难以适应现代计算机标配大容量硬盘的趋势，会逐渐被GPT所取代。不过GPT考虑了兼容性，仍然保留了MBR的那块空间没有改变。

3. BootLoader程序有很多。常见有windows的NTLoder，不过它只能用来引导windows；还有LILO，这是早期Linux中非常流行的引导程序；以及现在多数发行版Linux上使用GRUB，它有两个版本：一个是0.x，叫做legacy Grub；另一个是1.x，叫做Grub2，并不是在原来版本上改进来的，而是完全重写的。

3. 伪根文件系统的主要作用是提供真正根文件系统所需的驱动程序。在CentOS-5中的伪根文件系统使用的是ramdisk来实现的，即将一部分内存当做磁盘来用，这存在一个双缓存的问题。因为磁盘在跟内存交换数据时，因为磁盘速率远低于内存，所以磁盘上会划出一部分区域作为缓存，提高IO效率。但ramdisk中如果再划出缓存区域就会使得速度变慢而不是变快了。因此到CentOS-6后就改为了ramfs机制，即在一部分内存中建立文件系统。

4. 最后是系统初始化程序，在CentOS-5中是sysvinit，在CentOS-6中是upstart，在CentOS-7中是systemd。这部分内容就不写了，还是直接看IBM文档库中的权威文章吧。

浅析 Linux 初始化 init 系统，第 1 部分: sysvinit

浅析 Linux 初始化 init 系统，第 2 部分: UpStart

浅析 Linux 初始化 init 系统，第 3 部分: Systemd

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