Linux系统启动过程

一、一般Linux系统启动流程 

启动第一步－－加载BIOS

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。

启动第二步－－读取MBR

众所周知，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，别看地方不大，可里面却存放了预启动信息、分区表信息。

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。

启动第三步－－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。

我们以Grub为例来讲解吧，毕竟用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。

启动第四步－－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。

启动第五步－－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

启动第六步－－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，里面的脚本够你看几天的:P

启动第七步－－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。

启动第八步－－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。

启动第九步－－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。

启动第十步－－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。

二、Ubuntu系统启动流程

    ubuntu的启动流程和我们熟知的RedHat的启动方式有所区别。ubuntu并没有采用init的方法，所以在/etc/目录下面找不到inittab，这主要是因为init采用串行的方式，引导很费时，RedHat9启动时串行执行大量脚本以及启动各种需要的服务，因此从ubuntu6.10开始逐步采用upstart来代替init，进行服务进程的管理。为了对原有的init实现向后兼容，upSTART可以说是在表象上保留了大部分原来init的特性，因此目前ubuntu初始化进程名仍然叫init，而改变的核心，则是Event机制。

　　Event机制就是将进程的触发、停止都看成是Event。Ubuntu的/etc/下有一个event.d，这个目录是upstart的核心。/etc/event.d/下面存放了目前upstart需要识别的各种event。这其中主要有三种：rc-default，rcX(X = 0,1,2,3,4,5,6,S)，ttyX(X = 0,1,2,3,4,5,6,S)。

　　其中rc-default就类似与inittab文件，用来设置默认运行级别的。cat rc-default，我们可以看到：

　　# rc - runlevel compatibility

　　#

　　# This task guesses what the "default runlevel" should be and starts the

　　# appropriate script.

　　start on stopped rcS

　　script

　　runlevel --reboot || true

　　if grep -q -w -- "-s\|single\|S" /proc/cmdline; then

　　telinit S

　　elif [ -r /etc/inittab ]; then

　　RL="$(sed -n -e "/^id:[0-9]*:initdefault:/{s/^id://;s/:.*//;p}" /etc/inittab || true)"

　　if [ -n "$RL" ]; then

　　telinit $RL

　　else

　　telinit 2

　　fi

　　else

　　telinit 2

　　fi

　　end script

　　默认的运行级别是2。

　　rcX是发生相应运行级别事件时需要运行程序的脚本，我们再cat一下rc2：

　　# rc2 - runlevel 2 compatibility

　　#

　　# This task runs the old sysv-rc runlevel 2 ("multi-user") scripts. It

　　# is usually started by the telinit compatibility wrapper.

　　start on runlevel 2

　　stop on runlevel [!2]

　　console output

　　script

　　set $(runlevel --set 2 || true)

　　if [ "$1" != "unknown" ]; then

　　PREVLEVEL=$1

　　RUNLEVEL=$2

　　export PREVLEVEL RUNLEVEL

　　fi

　　exec /etc/init.d/rc 2

　　end script

　　不去考虑细节，只要注意到前两行和倒数第二行就可以了。可以看到，rc2文件是定义在发生运行级别2的时候所要执行的东西，核心就是这句：exec /etc/init.d/rc 2。这样，我们就可以自然地过渡到下一个重要的目录，/etc/init.d/了。

　　/etc/init.d/中存放的都是服务或者任务的执行脚本。可以这么说，只要你安装了一个程序(特别是服务程序daemon)，它可以在系统启动的时候运行，那么它必定会在/etc/init.d/中有一个脚本文件。回到上面的rc2，它执行了exec /etc/init.d/rc 2，也就是给/etc/init.d/rc传递了一个参数”2”，让它执行。Rc脚本里面有这样一段：

　　# Now run the START scripts for this runlevel.

　　# Run all scripts with the same level in parallel

　　.......

　　for s in /etc/rc$runlevel.d/S*

　　.......

　　这说明，当给rc脚本传递一个数字参数"X"的时候，它在经过一系列的设置后，将会开始执行/etc/rcX.d/下S开头的脚本。这就过渡到下一个目录/etc/rcX.d/了。

　　ls一下/etc/rcX.d/，发现里面全是一堆到/etc/init.d/中的脚本符号链接，不同的是它们的开头加上了S和一个数字。熟悉原本init的人应该知道，S表示在启动时运行，数字则表示执行的先后顺序。其中有一个链接叫做S30gdm，gdm的意思是gnome display management，也就是用来启动gnome桌面的。

三、 x-window启动过程解析

　　从控制台进入X一般用startx命令，故启动X应该从startx这个脚本开始分析。以下是startx脚本的一部分：

　　#!/bin/sh

　　userclientrc=$HOME/.xinitrc #用户的client定义文件

　　userserverrc=$HOME/.xserverrc #用户的server定义文件

　　sysclientrc=/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xinitrc #系统的client

　　sysserverrc=/usr/X11R6/lib/X11/xinit/xserverrc #系统的server

　　defaultclient=/usr/X11R6/bin/xterm #默认的client程序

　　defaultserver=/usr/X11R6/bin/X #默认的server程序

　　defaultclientargs="" #下面定义了client和server的参数变量

　　defaultserverargs=""

　　clientargs=""

　　serverargs=""

　　……

　　可以看到，startx主要是置X client和X server所在的位置，并处理相关参数，最后交给xinit处理。可以看出startx 设置X client的位置是先搜寻$HOME/.xinitrc，然后是/etc/X11/xinit/xinitrc；设置X server的位置是先搜寻$HOME/.xserverrc，然后是/etc/X11/xinit/xserverrc。在ubuntu8.10的$HOME下面没有.xinitrc和.xerverrc，所以startx直接去/etc/下面找x-client和x-server，完成启动x的工作。