Linux開機流程詳解

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!

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。

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(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。

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，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，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，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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