Linux系统启动过程详解

  • 【前言】
  • Step1 加载BIOS
  • Step2 BIOS 上电自检（POST）
  • Step3 读取MBR
  • Step4 执行Boot Loader
  • Step5 加载Linux内核
  • Step6 运行systemd（Init）进程
  • Step7 用户登录


【前言】

理解Linux操作系统的启动过程具有非常重要的意义。这里必须说明的是，严格意义上来说整个启动过程包括引导和启动。

首先，这是学习Linux系统的第一步，是之后学习的基石，无论之后学习Linux运维还是开发都需要了解
其次，万物归一。可以从CentOS-Linux的启动过程窥见一般os启动的过程。

本文参考了《Linux就该这么学》以及菜鸟教程等其他资料，加上个人理解，如果有偏差，敬请指正。

Step1 加载BIOS

首先得明白BIOS是啥吧

BIOS是Basic I/O System的缩写，中文名称是基本输入输出系统，计算机系统的重要组成部分。个人理解，BIOS是固化在ROM中的一段程序。

当系统上电启动或者复位时，CPU会把程序运行指针指向存放BIOS的内存地址，系统会加载BIOS中包含的信息（CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息等等）

Step2 BIOS 上电自检（POST）

POST是Power On Self Test，中文名称是上电自检

加载完成后，首先执行BIOS中的POST过程，来检验系统硬件基本功能是否正常。如果自检没有通过，引导过程就此中断。一旦成功POST，系统将产生一个中断INT指向BIOS中设置的引导扇区，这里存储着引导加载程序Boot Loader。

Step3 读取MBR

MBR是Master Boot Record的缩写，硬盘上第0磁道第一个扇区。

系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后，就会将其复制到某段物理内存中。=至此，操作系统开始接管硬件=。

其实被复制到物理内存的内容就是Boot Loader，而具体到你的电脑，那就是GRUB了。其实，Boot Loader和嵌入式软件中的启动程序startup有异曲同工之妙，是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。

GRUB2 全称是 GRand Unified BootLoader，Version 2（第二版大一统引导装载程序）。它是目前流行的大部分 Linux 发行版本的主要引导加载程序。

Step4 执行Boot Loader

通过Boot Loader，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好一切准备。其中的重要的一步，加载文件系统驱动程序(注意这不是Linux的文件系统)，为读取内核文件做准备。

===准备好前置操作系统（Pre-OS）环境后，定位和加载 Linux 内核到内存中，并转移控制权到内核。===内核的相关文件位于 /boot 目录下。

Step5 加载Linux内核

为了节省空间，内核文件都是以一种自解压的压缩格式存储于 /boot 目录之下。一旦内核自解压完成，则加载 systemd 进程（其是老式 System V 系统的 init 程序的替代品)，并转移控制权到 systemd。

=至此，引导过程结束，Linux环境和内核已经搭建起来，内核和 systemd 处于运行状态，但是由于没有其他任何程序在执行，故其不能执行任何有关用户的功能性任务。=

Step6 运行systemd（Init）进程

systemd 是所有进程的父进程。它的配置文件位于 /etc 目录下

可以类比于嵌入式os中的ucos的OSStart()函数。它负责将 Linux 主机带到一个用户可操作状态（可以执行功能任务）。systemd 的一些功能远较旧式 init 程序更丰富，可以管理运行中的 Linux 主机的许多方面，包括挂载文件系统，以及开启和管理 Linux 主机的系统服务等。

systemd（Init）进程最终要的功能就是设定Linux的运行级别：

运行级别

说明

运行级别0

系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动

运行级别1

单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆

运行级别2

多用户状态(没有NFS)

运行级别3

完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式

运行级别4

系统未使用，保留

运行级别5

X11控制台，登陆后进入图形GUI模式

运行级别6

系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动

根据运行级别的不同，系统会运行相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。

Step7 用户登录

执行/bin/login程序，进入登录状态

至此，系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了，你已经可以用自己的帐号登入系统了。