1. 从BIOS到KERNEL

BIOS自检->MBR(GRUB)->KERNEL->KERNEL自解压->内核初始化->内核启动

BIOS自检

当电脑开机的时候,电脑会进入BIOS,BIOS的工作主要是侦测电脑的周边配套设备是否工作正常,如CPU的类型、速度、缓存等

主板类型

内存的速度,容量

硬盘的大小,类型和工作模式

风扇速度等

主要是为了检查这些设备在开机的时候是否能通过检测,如果能通过检测,说明电脑可以正常的工作。

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一、载入启动程序

BIOS自检完成后,BIOS会根据用户设置的启动顺序来由那个设备来启动电脑的操作系统,这个设备一般是硬盘。

也就是进入到硬盘的MBR区域(引导扇区),这个区域中的有512个字节的大小,其中前446个字节中保存的程序是选择启动分区,也就是电脑由 那个硬盘分区来载入开机的程序。那么在这个446个字节的空间中保存的就是启动程序,然后由这个小程序来加载存 储在其他位置的操作系统,也就是启动grub程序。

当找到启动设备(硬盘)时,第一阶段所用的boot loader(存放在引导扇区)被装载到RAM中并被执行。这里的boot loader在大小上小于一个扇区的大小,也就是512字节,而它的任务,就是加载第二阶段的boot loader。

当负责第二阶段的boot loader位于内存中并被执行时,通常会显示一个一闪而过的屏幕,然后linux以及可选的初始化内存盘(一种临时的根文件系统,如果想得到具体的介绍,请访问http://likunarmstrong.bokee.com/5502266.html) 会被装载到存储器中。当系统镜像被加载时,第二阶段的boot loader将把控制权转交给内核镜像,与此同时,内核开始自解压并初始化。在这个阶段,第二阶段的boot loader会检查系统的硬件,枚举那些附加的硬件设备,挂载根设备,之后加载需要的内核模块。完成之后,第一个用户空间程序(init)开始执行,更高 层次的系统初始化开始。

这就是从表面上看,linux的启动过程。好了,现 在,让我们更进一步,更深入地探索linux启动过程中的一些细节。

二、 系统的启动

系统启动的阶段,依赖于linux在哪个硬件设备上启动。在嵌入式系统中,当系统被打开或者重 新启动的时候,就要使用启动加载的环境。这方面的例子包括U -BOOT,RedBoot,和Lucent推出的MicroMonitor。嵌入式平台通常是绑定了启动监视器的。这些程序位于目标硬件上flash存储器的特定位置,提供了将linux 内核镜像下载到flash存储器的方法,并在接下来的过程中执行它。除了拥有存储和启动linux镜像的功能外,这些启 动监视器还能进行一定程度上的系统检测和硬件初始化。在一个嵌入式的目标板中,这些启动监视器通常覆盖了第一阶段与第二阶段boot loader的功能。

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小知识:如何查看你的MBR内容。如果你希望查看你MBR的具体内容,请用以下命令:

# dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1

# od -xa mbr.bin

需要以root身份运行的dd命令,读取你的第一个集成电子驱动器或者IDE驱动器的前512字节,并将他们写入

mbr.bim文件。od命令则是以十六进制和ASCII码形式打印出这个二进制文件

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在个人电脑中,linux的启动是从0xFFFF0地址开始的。BIOS的第一步动作就是进行上电自检(POST)。POST的工作是检查硬件 设备。BIOS的第二步动作就是枚举本地设备并初始化。

由于BIOS功能使用上的不同,它由两个部分组成:POST码runtime服务。POST完成后,它将从存储器中被清除,但是BIOS runtime服务会被保留,用于目标操作系统。

为了启动操作系统,BIOS的runtime服务将搜索那些激活状态的或是可引导启动的设备,搜索的顺序则由CMOS设置决定(也就是我们平时 所谓的在 BIOS中设置的启动顺序)。一个软驱,一台光驱,一个硬盘上的分区,网络上的设备甚至一个usb 闪存盘都可以作为一个启动设备。

当然,linux通常是从硬盘启动的。硬盘上的MBR(主启动记录)包含有基本的boot loader,它是一个512字节大小的扇区,位于磁盘的第一个扇区(0磁头0磁道1扇区)。当MBR被装载到RAM中后,BIOS就会将控制权转交给 MBR。

三、 第一阶段boot loader

位于MBR中的主boot loader是一个512字节的镜像,其中不仅包含了程序代码,还包含了一个小的分区表,如图2所示。最初的446字节是主boot loader,它里面就包含有可执行代码以及错误消息文本。接下来的64字节是分区表,其中包含有四个分区的各自的记录(一个分区占16字节)。MBR通 过特殊数字0xAA55(译者注:在电子界中AA55确实是具有传奇色彩的数字,想知道为什么么?将它展开成二进制形式,看看有什么规律)作为两个字节的 结束标志。0x55AA同时也是MBR有效的校验确认。

主boot loader的工作是寻找并加载第二boot loader。它通过分析分区表,找出激活分区来完成这个任务,当它找到一个激活分区时,它将继续扫描剩下的分区表中的分区,以便确认他们都是未激活的。 确认完毕后,激活分区的启动记录从设备中被读到RAM,并被执行。

四、 第二阶段boot loader

起着次作用,或者说是第二boot loader,可以更加形象得被称为内核加载程序。这个阶段的任务就是加载linux内核,以及可选的初始化内存盘。

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小知识:GRUB阶段的boot loaders

在/boot/grub目录中包含有stage1,stage2和stage1.5的boot loaders,同时还有不少可选的loaders(例如,CD-ROM使用的就是iso9660_stage_1_5)

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把第一阶段和第二阶段的boot loaders联合起来,就是在x86个人电脑中,我们所说的linux loader(LILO)或者GRand Unified Bootloader(GRUB)。由于GRUB修正了一些LILO中存在的缺陷,因此下面就让我们来看看GRUB(如果你希望得到更多的关于GRUB, LILO和与之相关话题的讨论资源,请见文后的参考资料)

对于GRUB来说,一个比较好的方面就是它包含了linux文件系统的知识。与LILO使用裸扇区不同的是,GRUB能够从ext2或者 ext3文件系统中加载linux内核。它是通过将本来两阶段的boot loader转换成三个阶段的boot loader。在第一阶段(MBR)中会启动stage1.5的boot loader来理解linux内核镜像中的特殊的文件系统格式,例如,reiserfs_stage1-5(用于从reiserf日志文件系统中进行加 载)或e2fs+stage1_5(用于从wxt2或ext3文件系统进行加载)。当stage1.5的boot loader被加载并运行时,stage2 的boot loader才能被加载。

当stage2被加载时,GRUB能根据请求的情况显示一个可选内核的清单(在 /etc/grub.conf 中进行定义,同时还有几个软符号链接 /etc/grub/menu.lst 和 /etc/grub.conf)。你可以选择一个内核,修改其附加的内核参数。同时,你可以选择使用命令行的shell来对启动过程进行更深层次的手工控 制。

在第二阶段boot loader存在与内存中后,就可以对文件系统进行查询了,同时,默认的内核镜像以及初始化内存盘镜像也被加载到内存中。一切准备完毕之后,第二阶段的 boot loader就会调用内核镜像。

2. 内核启动:创建1#进程并执行,由它创建若干内核线程(kernel thread),然后装入并执行程序/sbin/init(变成一个用户进程)。此后,init根据/etc/inittab配置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。

对于Redhat来说,执行的顺序为:

/etc/rc.d/rc.sysinit # 由init执行的第一脚本

/etc/rc.d/rc $RUNLEVEL # init执行指定运行级别($RUNLEVEL为缺省的运行模式)的各脚本;

/etc/rc.d/rc.local #运行模式2、3、5时会运行的脚本

/sbin/mingetty(或getty) # 等待用户登录

/etc/inittab中指定了系统的运行级别(RUNLEVEL),init根据运行级别启动相关的服务(一些后台进程),实现不同的功 能。

RUNLEVEL值为:0-6

0:halt, 1:单用户,2:多用户,3:多用户并启动NFS服务

4:保留,5:运行xdm(X window)以图形界面方式登录

6:reboot

3./etc/inittab文件

/etc/inittab的文件内容如下:

# 设定系统开机预设的RUNLEVEL:

id:3:initdefault:

# 开始进行RUNLEVEL的服务启动前,使用来侦测与初始化系统环境的设定文件:

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

# 7 个不同 run level 的,需要启动的服务的 scripts 放置路径:

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0

l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1

l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2

l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3

l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4

l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5

l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

# 是否允许按下 [ctrl]+[alt]+[del] 就重新开机的设定项目:

ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now

# 本机端终端机启动的个数:

1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1

2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2

3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3

4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4

5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5

6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

# 在 X Window (RUNLEVEL 5) 环境下的启动 script 设定项目:

x:5:once:/etc/X11/prefdm -nodaemon

这个文件的语法是这样的:

标识符:级别:init 的动作行为:指令项目

1. 标识符:

最多四个字符,代表 init 的主要工作项目,只是一个简单的代表说明。

2. 级别:

该项目在哪些 run level 底下进行的意思。如果是 35 则代表 runlevel 3 与 5 都会执行。

3. init 的动作行为:

主要可以进行的动作项目意义有:

initdefault :代表预设的 run level 设定值;

sysinit :代表系统初始化的动作项目;

ctrlaltdel :代表 [ctrl]+[alt]+[del] 三个按键是否可以重新开机的设定;

wait :代表后面接的指令项目必须要执行完毕才能继续后面的动作;

respawn :代表后面接的, init 仍会主动的『重新』启动。

更多的设定项目请参考 man inittab 的说明。

4. 指令项目:

亦即应该可以进行的指令,通常是一些 script 啰。

说明:如根据上面的文件,init程序执行时根据/etc/inittab文件的内容,完成以下功能

(1)获取RUNLEVEL(文件中的这一行 id:3:initdefault:)为3

(2)执行rc.sysinit(文件中的这一行 si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit)

(3)执行/etc/rc.d/rc3.d目录中的脚本(文件中的这一行 l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3,且因为本例RUNLEVEL为3)

(4)然后设定是否允许按下 [ctrl]+[alt]+[del] 就重新开机(文件中的这一行 ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now,当然如果不允许,可把此行注释掉)

(5)启动六个终端界面tty1-tty6

(6)最后如果我们使用的是 run level 5 ,那么除了这六个终端机之外, init 还会执行/etc/X11/prefdm -nodaemon 其主要的功能就是在启动 X Window !