Linux開機流程詳解:BIOS->MBR->GRUB->Kernel

安全劍客發表於2020-12-18
導讀 是一種自由和開放原始碼的類UNIX作業系統。該作業系統的核心由林納斯·託瓦茲在1991年10月5日首次釋出。在加上使用者空間的應用程式之後,成為Linux作業系統。Linux是自由軟體和開放原始碼軟體發展中最著名的例子。

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概述

Linux是一種自由和開放原始碼的類UNIX作業系統。該作業系統的核心由林納斯·託瓦茲在1991年10月5日首次釋出。在加上使用者空間的應用程式之後,成為Linux作業系統。Linux是自由軟體和開放原始碼軟體發展中最著名的例子。

下面簡單記錄一下 從開機到能使用的整個過程,以作備忘!

LINUX啟動流程

先透過一張圖來簡單瞭解下整個系統啟動的流程,整個過程基本可以分為POST-->BIOS-->MBR(GRUB)-->Kernel-->Init-->Runlevel。下面會詳細說明每個過程的作用。

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BIOS

BIOS(Basic Input/Output System),基本輸入輸出系統,該系統儲存於主機板的ROM晶片上,計算機在開機時,會最先讀取該系統,然後會有一個加電自檢過程,這個過程其實就是檢查CPU和記憶體,計算機最基本的組成單元(控制器、運算器和儲存器),還會檢查其他硬體,若沒有異常就開始載入BIOS程式到記憶體當中。詳細的BIOS功能,這邊就不說了,BIOS主要的一個功能就是儲存了磁碟的啟動順序,BIOS會按照啟動順序去查詢第一個磁碟頭的MBR資訊,並載入和執行MBR中的Bootloader程式,若第一個磁碟不存在MBR,則會繼續查詢第二個磁碟(PS:啟動順序可以在BIOS的介面中進行設定),一旦BootLoader程式被檢測並載入記憶體中,BIOS就將控制權交接給了BootLoader程式。

MBR

MBR(Master Boot Record),主開機記錄,MBR儲存於磁碟的頭部,大小為512bytes,其中,446bytes用於儲存BootLoader程式,64bytes用於儲存分割槽表資訊,最後2bytes用於MBR的有效性檢查。

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GRUB

GRUB(Grand Unified Bootloader),多系統啟動程式,其執行過程可分為三個步驟:

Stage1:這個其實就是MBR,它的主要工作就是查詢並載入第二段Bootloader程式(stage2),但系統在沒啟動時,MBR根本找不到檔案系統,也就找不到stage2所存放的位置,因此,就有了stage1_5

Stage1_5:該步驟就是為了識別檔案系統

Stage2:GRUB程式會根據/boot/grub/grub.conf檔案查詢Kernel的資訊,然後開始載入Kernel程式,當Kernel程式被檢測並在載入到記憶體中,GRUB就將控制權交接給了Kernel程式。

PS:實際上這個步驟/boot還沒被掛載,GRUB直接識別grub所在磁碟的檔案系統,所以實際上應該是/grub/grub.conf檔案,該配置檔案的資訊如下:

grub.conf:
#boot=/dev/sda
default=0 #設定預設啟動的title的編號,從0開始
timeout=5 #等待使用者選擇的超時時間
splashimage=(hd0,0)/boot/grub/splash.xpm.gz #GRUB的背景圖片
hiddenmenu #隱藏選單
title CentOS (2.6.18-194.el5PAE) #核心標題
root (hd0,0) #核心檔案所在的裝置
kernel /vmlinuz-2.6.18-194.el5PAE ro root=LABEL=/ #核心檔案路徑以及傳遞給核心的引數
initrd /initrd-2.6.18-194.el5PAE.img #ramdisk檔案路徑
Kernel

Kernel,核心,Kernel是Linux系統最主要的程式,實際上,Kernel的檔案很小,只保留了最基本的模組,並以壓縮的檔案形式儲存在硬碟中,當GRUB將Kernel讀進記憶體,記憶體開始解壓縮核心檔案。講核心啟動,應該先講下initrd這個檔案,

initrd(Initial RAM Disk),它在stage2這個步驟就被複製到了記憶體中,這個檔案是在安裝系統時產生的,是一個臨時的根檔案系統(rootfs)。因為Kernel為了精簡,只保留了最基本的模組,因此,Kernel上並沒有各種硬體的驅動程式,也就無法識rootfs所在的裝置,故產生了initrd這個檔案,該檔案裝載了必要的驅動模組,當Kernel啟動時,可以從initrd檔案中裝載驅動模組,直到掛載真正的rootfs,然後將initrd從記憶體中移除。

Kernel會以只讀方式掛載根檔案系統,當根檔案系統被掛載後,開始裝載第一個程式(使用者空間的程式),執行/sbin/init,之後就將控制權交接給了init程式。

Init

init,初始化,顧名思義,該程式就是進行OS初始化操作,實際上是根據/etc/inittab(定義了系統預設執行級別)設定的動作進行 的執行,第一個被執行的 為/etc/rc.d/rc.sysinit,這個是真正的OS初始化指令碼,簡單講下這個指令碼的任務(可以去看看實際指令碼,看看都做了什麼):

  1. 啟用udev和selinux;
  2. 根據/etc/sysctl.conf檔案,來設定核心引數;
  3. 設定系統時鐘;
  4. 裝載硬碟對映;
  5. 啟用交換分割槽;
  6. 設定主機名;
  7. 根檔案系統檢測,並以讀寫方式重新掛載根檔案系統;
  8. 啟用RAID和LVM裝置;
  9. 啟用磁碟配額;
  10. 根據/etc/fstab,檢查並掛載其他檔案系統;
  11. 清理過期的鎖和PID檔案

執行完後,根據配置的啟動級別,執行對應目錄底下的指令碼,最後執行/etc/rc.d/rc.local這個指令碼,至此,系統啟動完成。

Runlevel

runlevel,執行級別,不同的級別會啟動的服務不一樣,init會根據定義的級別去執行相應目錄下的指令碼,Linux的啟動級別分為以下幾種

  1.     0:關機模式
  2.     1:單一使用者模式(直接以管理員身份進入)
  3.     2:多使用者模式(無網路)
  4.     3:多使用者模式( 行)
  5.     4:保留
  6.     5:多使用者模式(圖形介面)
  7.     6:重啟

在不同的執行級別下,/etc/rc.d/rc這個指令碼會分別執行不同目錄下的指令碼

Run level 0 – /etc/rc.d/rc0.d/
Run level 1 – /etc/rc.d/rc1.d/
Run level 2 – /etc/rc.d/rc2.d/
Run level 3 – /etc/rc.d/rc3.d/
Run level 4 – /etc/rc.d/rc4.d/
Run level 5 – /etc/rc.d/rc5.d/
Run level 6 – /etc/rc.d/rc6.d/

這些目錄下的指令碼只有K*和S*開頭的檔案,K開頭的檔案為開機需要執行關閉的服務,S開頭的檔案為開機需要執行開啟的服務。

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