Linux入门之系统启动过程及初始化----“翻滚吧，牛宝宝”

原创

sweetweapn 2014-03-04 20:57:03 ©著作权

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每当你按下开机电源键的时候，总是怀着一颗虔诚的心，抱着求神拜佛的念头，祈求机器顺利开机，不要出幺蛾子；每当你看到屏幕上输出的一行又一行的信息，绿的OK，红的failed，迷茫的眼神穿透了显示器；这一切都是因为你不懂系统的启动过程及初始化流程。在这里，力图将Linux系统的启动过程及初始化描述清楚，阐述好背后的原理。在撰写本文的时候，必定会因为个人对知识理解的偏差，知识面的狭窄也限制了博文内容，因此，希望小友们能够提出宝贵意见。

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。

一、“人生”第一步，加电自检

POST(Power on self test)。电脑开机通上电源后第一件事便是给cpu加载电源，cpu需要对硬件设备等外设进行检测，以便于启动系统。然后cpu本身是不存储任何信息的，所以，cpu根据固定在内部的指向信息，从COMS中加载BIOS里存储的内容，对各个硬件如硬盘、PCI设备、内存等进行检测。如果出现错误，如内存没有插好，电脑会发出警报，无法启动；（这一步也可以算作是BIOS的工作）

二、BIOS的主要任务

BIOS中的信息被加载到cpu中，cpu负责将这些程序运行起来，一是进行自检，对周边的硬件设备进行检测，确保系统启动的硬件环境；二是，在自检完成之后，由于电脑中可能存在多个能够用于启动系统的驱动器，所以，需要根据BIOS中启动顺序（boot sequence）的设定，找到启动系统的驱动器。例如我们的硬盘。BIOS会去读取硬盘上的第一个扇区（512K）：MBR(master boot recoder)。至于MBR中是什么内容，怎样来启动系统，BIOS并不关心。它只负责读取该扇区上的数据和程序。

三、“咽喉”MBR

主引导分区记录分为三段，第一段是446K的bootloader，第二段是硬盘分区表，第三段是硬盘有效标志（也可称魔术区）。bootloader是启动系统的核心模块，cpu根据上面安装的管理器（我们这里以最常见的grub为例）加载系统内核。

四、“光明之路”Bootloader

bootloader是系统的启动加载器。通常情况下，引导程序都安装在bootloader中。以我们常见的grup为例，grub分为stage1，stage1.5，stage2。其中stage1的代码是直接存放在mbr中的。当BIOS将控制权传递给MBR后，stage1的代码就开始运行，它主要负责将stage1.5或者stage2的内容加载在内存中。stage2被加载到内存中后，就会读取grub的配置文件grub.conf。grub.conf的主要内容如下:

[root@station47 grub]# cat grub.conf
# grub.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE:  You have a /boot partition.  This means that
#          all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
#          root (hd0,0)
#          kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/mapper/vg0-root
#          initrd /initrd-[generic-]version.img
#boot=/dev/sda
#指定默认启动的内核或者os
default=0
#等待用户选择需要启动的内核或者os的时常，时间为秒
timeout=5
#启动时显示的图片
splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
#隐藏选择菜单
hiddenmenu
#启动时显示的名称
title CentOS (2.6.32-358.el6.x86_64)
#系统内核所在的磁盘
   root (hd0,0)
#指定内核文件及传递给内核的参数
    kernel /vmlinuz-2.6.32-358.el6.x86_64 ro root=/dev/mapper/vg0-root rd_NO_LUKS rd_NO_DM LANG=en_US.UTF-8 rd_LVM_LV=vg0/swap rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto rd_LVM_LV=vg0/root  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rhgb crashkernel=auto quiet rhgb quiet
#initrd为加载真正系统文件系统前加载的虚拟文件系统（在centos5.0上为虚拟磁盘initrd，在centos6.0上为initramfs虚拟文件系统）
    initrd /initramfs-2.6.32-358.el6.x86_64.img
[root@station47 grub]#

读取配置文件后，系统内核会初始化一部分的设备和文件，但是由于真正的系统内核是在磁盘上文件系统上的，而此时磁盘文件系统还没有被加载。并且，由于底层硬件设备平台的巨大差异，内核也不可能将全部的驱动程序都包含进来。这个时候，initramfs出马了。它是一个虚拟的文件系统，在安装操作系统的时候，一部分的安装信息和硬件驱动程序就被写入进去。这样，当grub配置文件被读取后，initramfs中的内容会被复制到rootfs中，内核从中读取必须的驱动模块，挂载真正的“根”，完成这些工作后，虚拟文件系统的内容会被复制到系统中，然后从内存中销毁。控制权被交接给/sbin/init程序来进行初始化

五、系统初始化

/sbin/init接收到系统初始化的工作后，马上开始工作。它是所有系统进程的父进程，pid永远为1。它接管了系统的控制权先之后，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。inittab主要的任务有：

设置系统默认的运行级别

定义运行系统的系统初始化脚本rc.sysinit

启动指定级别下的S开头的服务，关闭K开头的服务

定义CtrlAltDel组合操作

启动字符端终端

启动图形终端

1.执行初始脚本rc.sysinit

sysinit做了系统初始化的大部分的工作，不辞辛劳的挂载文件系统，启动相应运行级别上的服务。主要有以下内容：

设定主机名，激活selinux和udev，挂载文件系统，激活swap，以读写方式重新挂载根文件系统，设置内核参数，设置系统时钟，键盘映射，加载额外的驱动程序。

rc.sysinit执行完成后，系统基本上就算是启动了。可以正常工作了。但是还需要启动相关的系统服务才行。