006.Vmware-Linux Kernel 引导加载过程

Subject：Vmware-Linux Kernel 引导加载过程

Date：     4-Mar-2011

By：        [e-mail]

 

1. Linux 通过执行不同阶段的引导加载程序程序来引导操作系统，在完成内核等引导之后，最终会由调度器接管 CPU，其通过启用中断来周期性的抢占控制权，处理多个用户进程/客户进程。

 

2. Linux系统引导共分五步执行：

1）  BIOS，包括POST及Runtime服务；

2）  被称为Stage1的MBR位于BIOS配置的磁盘0柱面1扇区，用于启动Stage2；

3）  Stage2为Linux boot loader,主要有 LILO （Linux loader）和 GNU GRUB （Grand unified boot loader）两种 boot loader 程序，现主流为 GRUB；

4）  Linux kernel(及initrd函数)引导，负责加载并解压 zImage/bzImage kernel 及 initrd 映像，并开始执行 kernel 初使化和引导程序/过程；

5）  Init进程，用于启动 linux 配置的各项用户空间服务（demon）进程。

 

3.系统上电后首先被执行的是BIOS（Base Input/Output System），负责在一位于ROM/FLASH中预定地址开始执行引导程序，主要分二部分：

1）  POST（Power On Self Test），负责接通电源时对硬件检测，包括创建中断向量、设置寄存器、对一些外部设备进行初始化和检测等；

2）  Runtime，负责为操作系统提供主要与外设I/O有关的服务。

注：当 BIOS POST 执行完后，其将会从内存中清理，而 Runtime 服务会常驻内存，为操作系统提供一些底层的支持。最后 BIOS 将控制权交给MBR 程序。

 

4.MBR是一个512 Byte固定大小的映像,包括446 Byte的初始程序加载程序IPL的可执行代码和64 Byte的分区表（16 Byte * 4），最后以‘魔数’0xaa55结束

MBR引导程序会将扫描分区表，获得唯一活动分区后，将其中的引导程序读入 RAM 并开始执行。MBR启动的引导程序被称为第二阶段引导程序，是引导的主体，是引导加载的真正部分。Linux 中该阶段有两个流行的程序，LILO （较老）和 GRUB。通过 root 用户执行相关命令来通过 LILO/GRUB 生成默认配置的 MBR ，并写入到启动磁盘 0 柱面 1扇区位置上。

 

5.grub.conf分析 cat /boot/grub/grub.conf

# grub.conf generated by anaconda

#

# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file

# NOTICE:  You have a /boot partition.  This means that

           //有一/boot分区

#          all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.

           //所有的kernel及initrd都在/boot/下

#          root (hd0,0)

#          kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda3

#          initrd /initrd-version.img

#boot=/dev/sda

default=0     //默认操作系统由default控制，0表第一个硬盘

timeout=5     //默认等待时间

splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz //启动菜单的背景图片xpm格式

hiddenmenu  

title Red Hat Enterprise Linux AS (2.6.9-5.EL) //启动项目的名称

        root (hd0,0) //GRUB 的root分区指保存linux内核的分区->第一硬盘，第一分区

        kernel /vmlinuz-2.6.9-5.EL ro root=LABEL=/  //指定载入的内核名称,后面是传递给内核的参数，ro表readonly

        initrd /initrd-2.6.9-5.EL.img   //指定initrd（初始化linux image）的位置

附：该Vmware-Linux分区表 fdisk -l

在LINUX下每个分区分别用一个目录名表示，从属于一个名为：“根目录”的目录中，用斜杠“/”表示，也称为根（root）。每个分区所在的目录称为该分区的“加载点”，表示计算机启动时将这个分区加载到该目录中。在安装过程中，必须划分一个分区用作根目录。

 

6.GRUB将默认的内核和initrd映像加载到内存中，接下来就是Kernel加载引导过程：

1）  执行对硬件作基本设置的例程： ./arch/x386/boot/header.S

2）  设置堆栈并清除BSS

3）  解压内核： ./arch/x386/boot/compressed/misc.c->decompress_kernel()

4）  启动swapper进程，初始化页表，启用CPU内存分页

5）  调用Linux kernel main函数，进入与体系结构无关的Linux内核部分./init/main.c这会调用一系列初始化函数来设置中断，执行进一步的内存配置，并加载已初始化的 RAM 盘。最后启动 init 进程，这是第一个用户空间进程（user-space process）./arch/x386/kernel/process.c ->kernel_thread()

6）  启动空任务，调度器接管控制权了（在调用 cpu_idle 之后）。通过启用中断，抢占式的调度器就可以周期性地接管控制权，从而提供多任务处理能力。