Linux 系统启动过程

Linux 系统启动过程的分析

1、对于一台安装了Linux系统的主机来说，当用户按下开机按钮时，一共要经历以下几个过程：BIOS自检 ---> 系统引导 ---> 启动内核 ---> 初始化系统。

2、BIOS自检 

(1) BIOS(Basic Input/Output System)，又称基本输入输出系统。

(2) BIOS 的功能由两部分组成，分别是POST码和Runtime服务。
(3) POST码：上电自检POST(Power-on self test)，主要负责检测系统外围关键设备(如: CPU、内存、显卡、I/O、键盘鼠标等)是否正常。
(4) Runtime服务: 根据在BIOS中设置的系统启动顺序来搜索用于启动系统的驱动器，如硬盘、光盘、U盘、软盘和网络等。以硬盘启动为例，BIOS此时去读取硬盘驱动器的第一个扇区(MBR，512字节)，然后执行里面的代码。实际上这里BIOS并不关心启动设备第一个扇区中是什么内容，它只是负责读取该扇区内容、并执行。
(5) 至此，BIOS的任务就完成了，此后将系统启动的控制权移交到MBR部分的代码。
3、系统引导
(1) MBR(Master Boot Record)主引导记录：硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区。它由三个部分组成，主引导程序(Bootloader)、 硬盘分区表DPT(Disk Partition table)和硬盘有效标志(55AA) 。
(2) 通常情况下，诸如lilo、grub这些常见的引导程序都直接安装在MBR中。我们以grub为例来分析这个引导过程。
(3) grub引导也分为两个阶段stage1阶段和stage2阶段
(4) stage1: stage1是直接被写入到MBR中去的，这样机器一启动检测完硬件后，就将控制权交给了GRUB的代码。stage1的任务非常单纯，仅仅是将硬盘0头0道2扇区读入内存。
(5) stage2：0头0道2扇区的/stage2/start.S文件，当它的内容被读入到内存之后，主要作用就是负责将stage2或stage1.5从硬盘读到内存中。
4、 启动内核 
(1) 当stage2被载入内存执行时，它首先会去解析grub的配置文件/boot/grub/grub.conf，然后加载内核镜像到内存中，并将控制权转交给内核。
(2) 内核会立即初始化系统中各设备并做相关的配置工作，其中包括CPU、I/O、存储设备等，Linux的设备驱动程序的加载，有一部分驱动程序直接被编译进内核镜像中，另一部分驱动程序则是以模块的形式放在initrd(ramdisk)中。
(3) 当所需的驱动程序加载完后，会创建一个根设备，然后将根文件系统rootfs以只读的方式挂载。这一步结束后，释放未使用的内存，转换到真正的根文件系统上面去，同时运行/sbin/init程序，执行系统的1号进程。此后系统的控制权就全权交给/sbin/init进程了。
5、 初始化系统
(1) /sbin/init进程是系统其他所有进程的父进程，当它接管了系统的控制权限之后，它首先会去读取/etc/inittab文件来执行相应的脚本进行系统初始化，如设置键盘、字体，装载模块，设置网络等。
(2) 执行系统初始化脚本: 对系统进行基本的配置，以读写方式挂载根文件系统及其它文件系统。
(3) 执行/etc/rc.d/rc脚本
(4) 执行用户自定义引导程序/etc/rc.d/rc.local 。

(5) 完成了系统所有的启动任务后，linux会启动终端或X-Window来等待用户登录。