CentOS 系统启动流程
启动概述
Linux系统的启动及初始化是Linux学习过程中非常重要的一个点，只有洞悉系统启动过程、初始化了哪些内容，才能对Linux有更加深入的了解。本文主要描述Linux系统从电脑开机到初始化完成整个过程，包括cpu加电自检、bios寻找启动项、bootloader加载系统内核、系统启动并初始化等等。
自制CentOS系统启动流程图（PC架构）
第一步：加电自检（POST）
系统加电之后，首先进行的硬件自检，一但通电后主板会自动读取ROM（只读）中的程序，进行加载，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。检查各种硬件设备是否完整存在，如内存，硬盘，显示,IO设备等。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完成自己
的接力任务，将尾部工作交接给BIOS处理。
第二步：系统引导过程Boot Sequence（BIOS）
POST 过程结束后，系统的控制权从 BISO 转交到 boot loader。Boot loader 一般存储在系统的硬盘上（传统的 BIOS/MBR 系统），这个时候机器不能获取外部的存储或者网络信息，一些重要的值（日期、时间、其他外部值）都是从CMOS里读取.
POST（POST-power on self test)—>ROM->CMOS(互补金属氧化物)->BIOS (Basic Input Output System，基础输入输出系统）
BIOS（Basic Input/Output System）启动初始化硬件的工作，包括屏幕和键盘，内存检测，这个过程也被成为 POST（Power On Self Test），通过ROM加载自检程序，然后按照 CMOS RAM 中设置的启动设备查找顺序，来寻找可启动设备 。注：BIOS 程序嵌在主板的 ROM 芯片上的。
第三步：启动加载器阶段Master Boot Loader(MBR)
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，决定启动介质按照BIOS所设定的系统启动流程，根据引导次序(Boot Sequence)自上而下的寻找对应存储设备上操作系统的MBR。它的大小仅有512字节，但里面却存放了预启动信息、分区表信息。可分为两部分：
第一部分为引导（PRE-BOOT）区，占了 446个字节；
第二部分为分区表（PARTITION TABLE），共有64个字节，每个主分区占用16字节，记录硬盘的分区信息。（这就是为什么一块硬盘只能有4个主分区）分区表有效性标记会占用2字节。
预引导区的作用之一是找到标记为活动（ACTIVE）的分区，并将活动分区的引导区读入内存。剩余两个字节为结束标记。寻找 grub，读取配置文件/etc/grub.conf，决定默认启动项根据MBR所指引的活动分区上寻找系统分区中的 bootloader.在bootloader当中配置了所要引导操作系统的内核所在的位置，因此BIOS被载入内存以后，当它实现将控制权限转交给bootloader以后，bootloader接收整个系统的控制权限，而后根据用户的选择去读取相应操作系统中的内核。
第四步：引导加载器阶段（GRUB加载器）
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。GRUB能够从ext2或者ext3文件系统中加载linux内核。一旦Bootloader的第一阶段已完成MBR（启动加载器阶段），并能找到实际的引导加载程序位置，第1阶段启动加载器加载引导程序到内存中开始第二阶段。GRUB引导加载器阶段它是通过将本来两阶段的boot loader转换成三个阶段的boot loader。
stage1个阶段 ：BIOS加载MBR里面的GRUB（属于第1阶段的文件），由于只有GRUB只占用446字节所以不能实现太多的功能，所以就有此阶段里面的文件来加载第1.5阶段的文件（/boot/grub下的文件）
stage1.5个阶段：这个阶段里面的就是加载识别文件系统的程序，来识别文件系统，不加载就无法识别文件系统，进而就找不到boot目录，由于GRUB是无法识别LVM，所以你不能把/boot分区设置为LVM，所以必须要把/boot单独分区
stage2个阶段：这里面才是正在的开始寻找内核的过程，然后是启动内核
（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。
/etc/grub.conf配置文件中的配置的信息：
在第二阶段boot loader加载到内存中后，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。
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(解压内核中)”的提示。当解压缩内核完成后，屏幕输出“OK, booting the kernel(正在启动内核)”。
第五步：初始化kernel
GRUB把内核加载到内存后展开并运行，此时GRUB的任务已经完成，接下来内核将会接管并完成。
内核一般都是压缩的，所以它的首要任务是解压缩，然后检查和分析系统的硬件并初始化内核里的硬件驱动程序。内核刚加载到内存的时候，文件系统还不能使用，它使用的是 Boot Loader 加载进内存的 initramfs。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。
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）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—>挂载临时根文件系统（initrd）—>切换至根文件系统（rootfs）—>运行/sbin/init完成系统初始化
第六步：挂载Initial RAM Disk(/boot/initrd)
initrd是"initial RAM disk"的缩写，随kernel一起被GRUB加载进内存，在系统引导过程中挂载的一个临时根文件系统。 Linux内核在设计风格上属于单内核，文件系统、进程管理、内存管理都需要内核来完成，这样势必会造成内核代码非常庞大。为了减少linux内核的大小，Linux系统内核被分成了内核和内核模块，内核会根据平台需要动态加载内核模块，非核心功能通常做成内核模块，比如大多数设备驱动。 这样势必会产生矛盾，比如，如果Linux内核中没有集成识别ext3文件系统的模块，而ext3模块却在ext3文件系统中。这时，Linux内核访问文件系统需要拿到这个模块，而这个模块又在文件系统中。这样就能看出使用initrd的必要了。
要访问根文件系统必须要加载根文件系统所在的设备，而这时根文件系统又没有挂载，initrd在内存中挂接成内存中的文件系统，内核先将initrd内存中的文件系统当成根来进行挂接，运行initrd内部的initrd程序（这个initrd程序其实是一个脚本，这个脚本加载了一系列配置），那么这个initrd又起到了什么作用哪？
initrd展开后的文件 
linux中/下的文件 
我们可以看到，其实initrd文件其实是一个虚拟的根文件系统，里面有bin、lib、lib64、sys、var、etc、sysroot、dev、proc、tmp等根目录，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。
第七步：切换根目录
kernel藉此完成驱动程序的加载,最终释放虚拟文件系统，并挂载实际的根目录文件系统.switchroot切换根目录，该命令的的结果是把当前根目录的设置从initrd转换为硬盘上真正的根目录。
第八步：启动init进程，读取/sbin/inittab
内核在完成核内引导以后，即在本线程（进程）空间内加载init程序，它的进程号是1。init进程是所有进程的发起者和控制者。因为在任何基于Unix的系统中，它都是第一个运行的进程，所以init进程的编号（Process ID，PID）永远是1。如果init出现了问题，系统的其余部分也就随之而垮掉了。
/sbin/inittab进程是系统所有进程的起点，你可以把它比拟成系统所有进程的老祖宗，没有这个进程，系统中任何进程都不会启动。/sbin/init 最主要的功能就是准备软件运行的环境，包括系统的主机名称、网络配置、语系处理、文件系统格式及其他服务的启动等，它是其他所有进程的父进程。
所有的动作都根据在/etc/inittab中的配置.将会执行/etc/inittab来设定系统运行的默认级别.
第九步：设置系统的运行级别
在 niittab 中有一个很重要的设置选项 runlevel 。根据 runlevel 的不同启动不同的服务，让 Linux 的使用环境不同。基本上 runlevel 分为 0-6 ， 7 个等级：
0-6：7个级别的定义
0：关机, shutdown
1：单用户模式(singleuser)，root用户，无须认证；维护模式；
2：多用户模式(multiuser)，会启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式；
3：多用户模式(mutliuser)，完全功能模式；文本界面；
4：预留级别：目前无特别使用目的，但习惯以同3级别功能使用；
5：多用户模式(multi user)，完全功能模式，图形界面；
6：重启，reboot
许多程序需要开机启动。它们在Windows叫做"服务"（service），在Linux就叫做"守护进程"（daemon）。init进程的一大任务，就是去运行这些开机启动的程序。但是，不同的场合需要启动不同的程序，比如用作服务器时，需要启动Apache，用作桌面就不需要。
Linux允许为不同的场合，分配不同的开机启动程序，这就叫做"运行级别"（runlevel）。也就是说，启动时根据"运行级别"，确定要运行哪些程序。
第十步：系统初始化脚本文件/etc/rc.d/rc.sysinit
可以看到，init进程通过执行/etc/rc.d/rcS.conf首先调用了/etc/rc.d/rc.sysinit，对系统做初始化设置，设置好整个系统环境。我们来看看这个脚本都是做了些什么哪？
事实上init执行/etc/rc.d/rc.sysinit的初始化将会做很多设置：
1、获得网络环境
2、挂载设备
3、开机启动画面Plymouth（取替了过往的 RHGB）
4、判断是否启用SELinux
5、显示于开机过程中的欢迎画面
6、初始化硬件
7、用户自定义模块的加载
8、配置内核的参数
9、设置主机名
10、同步存储器
11、设备映射器及相关的初始化
12、初始化软件磁盘阵列（RAID）
13、初始化 LVM 的文件系统功能
14、检验磁盘文件系统（fsck）
15、设置磁盘配额(quota)
16、重新以可读写模式挂载系统磁盘
17、更新quota（非必要）
18、启动系统虚拟随机数生成器
19、配置机器（非必要）
20、清除开机过程当中的临时文件
21、创建ICE目录
22、启动交换分区（swap）
23、将开机信息写入/var/log/dmesg文件中
第十一步：关闭或启动对应级别下的服务/etc/rc.d/rc.n
设定玩系统默认运行级别以后，接着调用/etc/rc.d/rc脚本，/etc/rc.d, 里面存放了rc.local, rc.sysinit, init.d, rcX.d (X包括0-6对应相对runlevel).这个脚本接收默认运行级别参数后，依脚本设置启用或停止/etc/rc.d/rc[0-6].d/中相应的程序，如下图，看一下我系统运行默认级别（级别）3下的内容吧
如图示，/etc/rc.d/rc3].d/下的脚本文件在系统初始化阶段，脚本名字以K开头的,表示STOP动作（关闭）,名字以S开头,表示Start动作（启动）,文件名K/S 后面的的数字代表优先级，名称中的数字表示执行次序（优先级）,数字越小表示越先执行，优先级越高
第十二步：用户自定义开机启动程序 (/etc/rc.d/rc.local)
系统根据runlevel启动完rcX.d中的脚本之后,会调用rc.local脚本,如果你有一个脚本命令不论在3和5都想开机启动,那么就添加于此,免去rc3.d和rc5.d分别增加启动脚本工作量.最后，将执行/etc/rc.d/rc.local脚本，可以根据自己的需求将一些执行命令或者脚本写到其中，当开机时就可以加载。
第十二步：打印登录提示符
系统初始化完成后，init给出用户登录提示符（login）或者图形化登录界面，用户输入用户和密码登陆后，系统会为用户分配一个用户ID（uid）和组ID（gid），这两个ID是用户的身份标识，用于检测用户运行程序时的身份验证。登录成功后，整个系统启动流程运行完毕！
