Linux启动过程

第一步、加载BIOS(Basic Input Output System)

当你打开计算机电源,计算机会首先加载BIOS信息,BIOS信息是如此的重要,以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后,计算机心里就有谱了,知道应该去读取哪个硬件设备了。

  • BIOS加载CMOS信息;
  • CMOS取得主机的各项硬件配置信息;
  • BIOS开机自检,硬件检测,定义可启动通过设备顺序。

第二步、读取MBR(Master Boot Record)

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,存放了预启动信息、分区表信息。

  • 第一部分有446个字节,用于存放引导代码,即是bootloader。
  • 第二部分有64个字节,用于存放磁盘分区表.其中,每个分区的信息需要用16个字节来记录。因此,一个硬盘最多可以有4个分区,这4个分区称之为主分区(primary)和扩展分区(extended),扩展分区可以分成多个逻辑分区。

系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后,就会将其复制到0×7c00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。

第三步、Boot Loader

Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序,我们可以初始化硬件设备、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。

Boot Loader有若干种,其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的Loader。

以Grub为例来讲解吧,用lilo和spfdisk的人并不多。

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。

3.1 安装位置

bootloader可以安装在MBR,也可以安装在每个分区的bootsector中(该分区的第一个扇区)。

3.2 单系统
  • 加载bios;
  • 读取硬盘第一扇区MBR;
  • MBR引导bootloader;
  • bootloader识别并启动内核文件。
3.3 多系统
  • 加载bios;
  • 读取硬盘第一扇区MBR;
  • MBR引导bootloader,提供菜单选择操作系统,比如windows或者linux。
  • bootloader识别并启动内核文件。

对于多分区,建议先安装windows,因为安装windows会直接覆盖MBR及MBR所在扇区的bootsector。而安装linux,则可以选择将bootloader是放在MBR的bootsector还是其他分区的bootsector。

  • 启动windows时,直接通过MBR引导MBR所在的bootsector中的bootloader,加载并运行windows内核文件。
  • 启动linux时,通过启动系统选择菜单找到对应的bootsector,从bootsector里面找到bootloader,根据bootloader引导linux内核文件运行

第四步、加载内核

根据grub设定的内核映像所在路径,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。

由于内核存放在磁盘,而加载内存,需要通过驱动读取磁盘,形成死循环。Linux通过虚拟文件系统initRAM Disk方式,仿真根目录加载内核模块。

第五步、用户层init依据inittab文件来设定运行等级

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
关于/etc/inittab文件的学问,其实还有很多

第六步、init进程执行rc.sysinit

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。如果你有兴趣,可以到/etc/rc.d中查看一下rc.sysinit文件

  • 取得网络环境与主机类型,/etc/sysconfig/network;
  • 挂载内存舍给/proc以及USB设备/sys;
  • 启动系统随机数生成器;
  • 设置终端console字体;
  • 设置启动过程中的显示欢迎界面;
  • 设置系统时间clock与时区:/etc/sysconfig/clock;
  • 接口设备检测:/proc/sys/kernel/modprobe;
  • 用户自定义模块加载:/etc/sysconfig/modules/*.modules。

第七步、启动内核模块

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

  • 设置主机与初始化电源管理模块;
  • 初始化软件磁盘阵列:/etc/mdadm.conf;
  • 初始化LVM文件系统功能;
  • 以FSCK检验磁盘文件系统;
  • 进行磁盘配额quota的转换;
  • 重新以可读写模式挂载系统磁盘;
  • 启动quota功能;
  • 启动系统伪随机数生成器;
  • 清除启动过程中的临时文件;
  • 将启动相关信息加载到/var/log/dmesg文件中;

第八步、执行不同运行级别的脚本程序

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。

第九步、执行/etc/rc.d/rc.local

你如果打开了此文件,里面有一句话,读过之后,你就会对此命令的作用一目了然:
# This script will be executed *after* all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don’t
# want to do the full Sys V style init stuff.
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。

第十步、执行/bin/login程序,进入登录状态

此时,系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了,你已经可以用自己的帐号登入系统了。

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