Linux啟動過程

linux啟動過程前言

linux是一種自由和開放源**的類unix作業系統。該作業系統的核心由林納斯·托瓦茲在2023年10月5日首次發布。在加上使用者空間的應用程式之後，成為linux作業系統。linux是自由軟體和開放源**軟體發展中最著名的例子。

接觸linux的時間也不算短了，一直都是直接使用linux作業系統進行一些工作，很少去了解系統從開機到能使用的整個過程，感覺有需要好好理解下整個系統的啟動過程，故寫這篇部落格加深一下理解。

先通過一張圖來簡單了解下整個系統啟動的流程，整個過程基本可以分為post-->bios-->mbr(grub)-->kernel-->init-->runlevel。下面會詳細說明每個過程的作用。

圖1-1：系統啟動流程

bios

bios(basic input/output system)，基本輸入輸出系統，該系統儲存於主機板的rom晶元上，計算機在開機時，會最先讀取該系統，然後會有乙個加電自檢過程，這個過程其實就是檢查cpu和記憶體，計算機最基本的組成單元(控制器、運算器和儲存器)，還會檢查其他硬體，若沒有異常就開始載入bios程式到記憶體當中。詳細的bios功能，這邊就不說了，bios主要的乙個功能就是儲存了磁碟的啟動順序，bios會按照啟動順序去查詢第乙個磁碟頭的mbr資訊，並載入和執行mbr中的bootloader程式，若第乙個磁碟不存在mbr，則會繼續查詢第二個磁碟(ps：啟動順序可以在bios的介面中進行設定)，一旦bootloader程式被檢測並載入記憶體中，bios就將控制權交接給了bootloader程式。

mbr

mbr(master boot record)，主引導記錄，mbr儲存於磁碟的頭部，大小為512bytes，其中，446bytes用於儲存bootloader程式，64bytes用於儲存分割槽表資訊，最後2bytes用於mbr的有效性檢查。

grub

grub(grand unified bootloader)，多系統啟動程式，其執行過程可分為三個步驟：

stage1：這個其實就是mbr，它的主要工作就是查詢並載入第二段bootloader程式(stage2)，但系統在沒啟動時，mbr根本找不到檔案系統，也就找不到stage2所存放的位置，因此，就有了stage1_5

stage1_5：該步驟就是為了識別檔案系統

stage2：grub程式會根據/boot/grub/grub.conf檔案查詢kernel的資訊，然後開始載入kernel程式，當kernel程式被檢測並在載入到記憶體中，grub就將控制權交接給了kernel程式。

ps：實際上這個步驟/boot還沒被掛載，grub直接識別grub所在磁碟的檔案系統，所以實際上應該是/grub/grub.conf檔案，該配置檔案的資訊如下：

grub.conf：

#boot=/dev/sda

default=0 #設定預設啟動的title的編號，從0開始

timeout=5 #等待使用者選擇的超時時間

splashimage=(hd0,0)/boot/grub/splash.xpm.gz #grub的背景

hiddenmenu #隱藏選單

title centos (2.6.18-194.el5pae) #核心標題

root (hd0,0) #核心檔案所在的裝置

kernel /vmlinuz-2.6.18-194.el5pae ro root=label=/ #核心檔案路徑以及傳遞給核心的引數

initrd /initrd-2.6.18-194.el5pae.img #ramdisk檔案路徑

kernel

kernel，核心，kernel是linux系統最主要的程式，實際上，kernel的檔案很小，只保留了最基本的模組，並以壓縮的檔案形式儲存在硬碟中，當grub將kernel讀進記憶體，記憶體開始解壓縮核心檔案。講核心啟動，應該先講下initrd這個檔案，

initrd(initial ram disk)，它在stage2這個步驟就被拷貝到了記憶體中，這個檔案是在安裝系統時產生的，是乙個臨時的根檔案系統(rootfs)。因為kernel為了精簡，只保留了最基本的模組，因此，kernel上並沒有各種硬體的驅動程式，也就無法識rootfs所在的裝置，故產生了initrd這個檔案，該檔案裝載了必要的驅動模組，當kernel啟動時，可以從initrd檔案中裝載驅動模組，直到掛載真正的rootfs，然後將initrd從記憶體中移除。

kernel會以唯讀方式掛載根檔案系統，當根檔案系統被掛載後，開始裝載第乙個程序(使用者空間的程序)，執行/sbin/init，之後就將控制權交接給了init程式。

init

init，初始化，顧名思義，該程式就是進行os初始化操作，實際上是根據/etc/inittab(定義了系統預設執行級別)設定的動作進行指令碼的執行，第乙個被執行的指令碼為/etc/rc.d/rc.sysinit，這個是真正的os初始化指令碼，簡單講下這個指令碼的任務(可以去看看實際指令碼，看看都做了什麼)：

1. 啟用udev和selinux；

2. 根據/etc/sysctl.conf檔案，來設定核心引數；

3. 設定系統時鐘；

4. 裝載硬碟對映；

5. 啟用交換分割槽；

6. 設定主機名；

7. 根檔案系統檢測，並以讀寫方式重新掛載根檔案系統；

8. 啟用raid和lvm裝置；

9. 啟用磁碟配額；

10. 根據/etc/fstab，檢查並掛載其他檔案系統；

11. 清理過期的鎖和pid檔案

執行完後，根據配置的啟動級別，執行對應目錄底下的指令碼，最後執行/etc/rc.d/rc.local這個指令碼，至此，系統啟動完成。

runlevel

runlevel，執行級別，不同的級別會啟動的服務不一樣，init會根據定義的級別去執行相應目錄下的指令碼，linux的啟動級別分為以下幾種:

1. 關機模式

2. 單一使用者模式(直接以管理員身份進入)

3. 多使用者模式（無網路）

4. 多使用者模式（命令列）

5. 保留

6. 多使用者模式（圖形介面）

7. 重啟

在不同的執行級別下，/etc/rc.d/rc這個指令碼會分別執行不同目錄下的指令碼

1> run level 0 – /etc/rc.d/rc0.d/

2> run level 1 – /etc/rc.d/rc1.d/

3> run level 2 – /etc/rc.d/rc2.d/

4> run level 3 – /etc/rc.d/rc3.d/

5> run level 4 – /etc/rc.d/rc4.d/

6> run level 5 – /etc/rc.d/rc5.d/

7> run level 6 – /etc/rc.d/rc6.d/

這些目錄下的指令碼只有k*和s*開頭的檔案，k開頭的檔案為開機需要執行關閉的服務，s開頭的檔案為開機需要執行開啟的服務。

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