详解linux系统的启动过程及系统初始化

蔚落 2021-11-10 12:02 303阅读 0赞

标签： [linux启动过程][linux]

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一、linux系统的启动流程

关于linux系统的启动流程我们可以按步进行划分为如下：

POST加电自检-->BIOS(Boot Sequence)-->加载对应引导上的MBR(bootloader)-->主引导设置加载其BootLoader-->Kernel初始化-->initrd—>/etc/init进程加载/etc/inittab，其进程流程图如下：

[![图像 148][148]][148_148]

二、剖析详细启动过程

⑴、

POST开机自检：电脑主机打开电源的时候，随后会听到滴的一声，系统启动开始了开机自检（POST-power on self 
       test）自检开始），这个过程中主要是检测计算机硬件设备比如：CPU，内存，主板，显卡，CMOS等设备是否有故障存
       在，如果有硬件故障的话将按两种情况理：对于严重故障(致命性故障)则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，
       不能给出任何提示或信号；对于非严重故障则给出提示或声音报警信号，等待用户处理），如果没有故障，POST完整自己
       的接力任务，将尾部工作交接给BIOS处理。

⑵、

BIOS：计算机加电自检完成后第一个读取的地方就是就是BIOS（Basic Input Output System，基础输入输出系统）
       ，BIOS里面记录了主机板的芯片集与相关设置，如CPU与接口设备的通信频率、启动设备的搜索顺序、硬盘的大小与
       类型、系统时间、外部总线、各种接口设备的I/O地址、已经与CPU通信的IRQ中断信息，所以，启动如果要顺利启动，
       首先要读取BIOS设置。

⑶、

按照BIOS所设定的系统启动流程，如果检测通过，则根据引导次序(Boot Sequence)开始在第一台设备上支持启动
       程序，我们的启动设备主要包括硬盘、USB、SD等，我们一般用的是硬盘，然后进行读取第一个设备就是硬盘，第一个
       要读去的就是该硬盘的主引导记录MBR（Master Boot Record），然后系统可以根据启动区安装的
       引导加载程序（Boot Loader）开始执行核心识别的工作。【在此插一句：MBR程序只是找到只是硬盘分区内最前面
       的446个字节的Boot Loader】然后查找相关配置和定义。

⑷、

Boot Loader 加载Grub程序
           在这个过程中主要靠Grub的引导开始的，Grub分为连个阶段： 
            stage1：主要是Boot loader 
            stage 1.5:过渡 
           stage2:主要是/boot/grub

[![图像 149][149]][149_149]

通过上面我们可以发现linux的内核VMLnuz，grub、initrd都在/boot目录下

[![图像 150][150]][150_150]

在/boot/grub/下面我们看到了熟悉的stage1，stage2及grub工具的配置文件  grub.conf，那么grub.conf内都定义了什么呐？？

[![图像 151][151]][151_151]

⑸、Kernel

根据Grub内的定义，grub读取完毕后就把下面的工作交个内核了。kernel主要是完成系统硬件探测及硬件驱动的初始
       化，并且以读写的方式挂载根文件系统（根切换），那么这里就出现了一个“先有鸡还是先有蛋的文件了”，具体是什么
       那？ 
            要想访问真正的根文件系统（rootfs）的话，就必须加载根文件系统中的设备，这时根文件系统又没有挂载，
       要挂载根文件系统又得加载根文件系统中的驱动程序，哪怎么办呢？为了解决这个问题，这是就用到了initrd文件了。  
       在来说下kernel初始化所要工作的内容做下简单总结：  
             探测硬件->加载驱动（initrd)->挂载根文件系统->rootfs(/sbin/init)

⑹、

到此止内核空间的相关工作已经完成，内核空间的任务开始向用户空间转移，内核空间通过一个间接的initrd(微型
       linux)向用户空间的/sbin/init过度，所以gurb开始引导内核转向initrd。 
           initrd：一个虚拟的文件系统，里面有lib、bin、sbin、usr、proc、sys、var、dev、boot等一些目录，
       其实你会发现里面的目录有点像真的/对吧，所以我们称之为虚拟的根文件系统，作用就是将kernel和真的根文件系统
       建立关联关系，让kernel去initrd中加载根文件系统所需要的驱动程序，并以读写的方式挂载根文件系统，并让执行
       用户当中第一个进程init。

[![图像 152][152]][152_152]

下面我们看下init脚本内的内容：

[![图像 153][153]][153_153]

[![图像 154][154]][154_154]

[![图像 155][155]][155_155]

从上面的脚本内容我们可以看到init进程的主要工作：

挂载 ：将initrd中的/proc, /sys  /dev 挂载到当前的主分区中的相应目录  
       创建目录：/dev/mapper  
       通过mknod完成block or character special files的创建  
       相关模块的挂载  
       创建root设备  
       挂载 /sysroot  
       最后完成根切换

⑺、init执行完毕以后会启动系统内的/etc/inittab文件，来完成系统系统的初始化工作。下面我们来介绍一下inittab这个配置文件内的详细内容

[![图像 156][156]][156_156]

[![图像 157][157]][157_157]

各个级别的定义：

默认运行级别

0：halt                      //关机  
       1: single user mode    //单用户维护模式)  
       2：multi user mode, without NFS  //不支持NFS功能  
       3: multi user mode, text mode     //字符界面  
       4：reserved   //系统保留  
       5: multi user mode, graphic mode   //图形化界面  
       6: reboot   //重启

/etc/inittab格式及语法(:)

[选项]:[runlevel]:[行为]:[命令] 
       行为：  
                         initdefault：代表默认运行级别  
                         sysinit：代表系统初始化操作选项  
                         ctrlaltdel：代表重启的相关设置  
                         wait：代表上一个命令执行结束后方可执行下面的操作  
                         respawn：代表后面字段可以无限制再生(reboot) 
       命令选项  
                     一些命令，不过通常都是脚本

下面说下inittab内定义的初始化脚本：rc.sysinit  --/etc/rc.d/rc.sysinit

[![图像 158][158]][158_158]

[![图像 159][159]][159_159]

如上图所示：rc.sysinit脚本内定义了一些与系统初始化的定义 
       设定主机名 
       检测并挂载/etc/fstab中其他文件系统 
       启动swap分区 
       /etc/sysctl.conf设定内核参数 
       装载键映射-->键盘上每个键的功能 
       然后根据系统运行级别运行相关的服务脚本：/etc/rc.d/init.d/脚本和/etc/rc.d/rc#d

[![图像 161][161]][161_161]

rc0-rc6目录下脚本： 
       K*     ##只要是以K开头的文件均执行stop工作  
       S*     ##只要是以S开头的文件均执行start工作  
       0-99  (执行次序，数字越小越先被执行) 
       用户自定义开机启动程序(/etc/rc.d/rc.local)  
       可以根据自己的需求将一些执行命令或是脚本写到/etc/rc.d/rc.local里，当开机时，就可以加载啦

三、总结

系统初始化的大致内容总结如下：

硬件的初始化，图像界面启动的初始化（如果设置了默认启动基本）  
       主机RAID的设置初始化，device mapper 及相关的初始化，  
       检测根文件系统，以只读方式挂载  
       激活udev和selinux  
       设置内核参数 /etc/sysctl.conf  
       设置系统时钟  
       启用交换分区，设置主机名  
       加载键盘映射  
       激活RAID和LVM逻辑卷  
       挂载额外的文件系统 /etc/fstab  
       最后根据mingetty程序调用login让用户登录->用户登录（完成系统启动）
       在系统启动过程中主要的脚本和目录有:
       boot
       /grub
       /boot/grub/grub.conf
       /boot/initrd+内核版本
       /initrd文件中的/proc/  /sys/    /dev/ 目录的挂载 及根的切换
       /etc/inittab  脚本
       /etc/rc.d/rc.sysinit  脚本 等
      
          这些重要的脚本和目录，还有其他重要的目录和文件，脚本等。由此篇我们可以详细了解linux系统的启动和初始化过程，然后我们可以根据linux系统启动的过程和所用到的命令自己动手DIY一个微型linux系统，关于“DIY微型linux系统”会再后两至三天内发表博文，到时候我们在一起探讨探讨linux系统的组成部分等更详细的相关 信息！！！

[linux]: http://blog.51cto.com/tag-linux%E5%90%AF%E5%8A%A8%E8%BF%87%E7%A8%8B.html
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[149]: http://img1.51cto.com/attachment/201305/2/6466723_1367538871uLDJ.png
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[154]: http://img1.51cto.com/attachment/201305/2/6466723_1367538911eVQd.png
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