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Linux系统启动流程解析

Linux系统启动流程大概总结下来是这么一个过程:

POST-->BootLoader(MBR)-->Kernel(硬件探测、加载驱动、挂载根文件系统、/sbin/init)-->init(/etc/inittab:设定默认级别、系统初始化脚本、启动及关闭对应级别的服务、启动终端)

详细分析上面的流程

第一步

1.POST 打开电源按钮，CPU会把位于CMOS中的BIOS程序加载到内存里面执行，BIOS会探测并识别主板上的所有硬件，然后按照BIOS程序里面设定的启动顺序（1.光驱 2.硬盘 3.软驱 等），它会挨个去这些设备里面找启动设备，一旦找到就停止寻找，如：第一个先从光驱找到，但是没有找到光盘，那么找第二个硬盘，找到硬盘也不一定能启动，要看硬盘是否包含MBR，如果有MBR那就从硬盘启动，如果没有就继续向下寻找，如果一直没有找到可启动的设备，那么本次启动宣告失败

开电之后，CPU就到出厂时指定的内存地址空间（是由内存和CMOS组成）去加载BIOS程序（存储在CMOS里面），BIOS是由一系列的汇编指令组成，用于进行硬件检测（把检测到的结果存储到内存的低地址空间里，是由于BIOS 的寻址能力有限），BIOS首先会探测有几块内存以及其他设备是不是都基本正常，有任何问题就会报警，就无法往下启动，接着去扫描ISA总线和PCI总线去查找各关联到的设备，并且能指挥各硬件完成中断注册和IO端口注册

第二步

2.在上一步中，BIOS找到硬盘的MBR（位于硬盘的0磁道0扇区 大小为512字节，该区域不能被分配给任何分区），然后在MBR中寻找BootLoader（目前比较常用有LILO 和 GRUB，LILO已经不常用，BootLoader在MBR所占446字节，所以必须短小精悍，还有16字节是分区表信息，剩下2字节是用来标明该MBR是否有效），然后把BootLoader加载到内存中开始执行，BootLoader主要功能就是从硬盘找到内核文件，把内核文件加载到内存执行。

][x] GRUB的功能[/

1、选择启动的内核映像或操作系统；2、传递参数：e: 编辑模式 b: 引导3、基于密码保护 (这个工具 grub-md5-crypt 可以生成 然后放到grub.conf里面 password --md5 密码 )启用内核映像 传递参数

][x] 疑问? 内核文件在哪里？GRUB是怎么找到内核文件？[/

内核文件（vmlinuz-2.6.18-308.el5）是位于/boot分区下（在我们给硬盘分区的时候都会把/boot单独分区），这时又有疑问了，这时候/都没有被挂载，又如何从硬盘上找到内核文件？

vm.png

][x] 这时看GRUB的配置文件/boot/grub/grub.conf 可以看到 root (hd0,0)，这一行实际上就是指定boot目录所在的位置[/

]而kernel /vmlinuz-2.6.18-308.el5 ro root=LABEL=/ 这里指定的是内核文件所在的位置，而前面的/并不是真正的根，而是指的是boot目录所在的位置，那么其全路径为(hd0,0)/vmlinuz-2.6.18-308.el5,而这里的(hd0,0)指的是第1个硬盘的第1个分区，GRUB在识别硬盘的时候都是识别为hd开头的[/

][x] 总结:[/

GRUB不是通过文件系统来找内核文件的，因为这时候内核还没有启动所以也不存在什么文件系统，而是直接访问硬盘的第1个硬盘第1个分区（MBR里面存在分区表）的来找到内核文件

][x] 这时候又有个问题 GRUB是怎么识别分区表中这些分区的文件系统的？且看/boot/grub目录下的文件[/

[root@server1 grub]# ll总计 257-rw-r--r-- 1 root root     63 2013-01-05 device.map-rw-r--r-- 1 root root   7584 2013-01-05 e2fs_stage1_5-rw-r--r-- 1 root root   7456 2013-01-05 fat_stage1_5-rw-r--r-- 1 root root   6720 2013-01-05 ffs_stage1_5-rw------- 1 root root    562 2013-01-05 grub.conf-rw-r--r-- 1 root root   6720 2013-01-05 iso9660_stage1_5-rw-r--r-- 1 root root   8192 2013-01-05 jfs_stage1_5lrwxrwxrwx 1 root root     11 2013-01-05 menu.lst -> ./grub.conf-rw-r--r-- 1 root root   6880 2013-01-05 minix_stage1_5-rw-r--r-- 1 root root   9248 2013-01-05 reiserfs_stage1_5-rw-r--r-- 1 root root  55808 2009-03-13 splash.xpm.gz-rw-r--r-- 1 root root    512 2013-01-05 stage1-rw-r--r-- 1 root root 104988 2013-01-05 stage2-rw-r--r-- 1 root root   7072 2013-01-05 ufs2_stage1_5-rw-r--r-- 1 root root   6272 2013-01-05 vstafs_stage1_5-rw-r--r-- 1 root root   8904 2013-01-05 xfs_stage1_5

其实GRUB启动是分阶段的

][x] 第1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）

][x] 第1.5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

][x] 第2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[/

第3步3.在上一步中，GRUB成功找到内核文件，并把内核加载到内存，同时把/boot/initrd-2.6.18-308.el5.img这个文件也加载进来，这个文件是做什么的呢？

那么首先看看内核在这一步骤里面做的事情

探测硬件加载驱动挂载根文件系统执行第一个程序/sbin/init

][x] BIOS检查硬件，而内核是会初始化硬件设备，那么首先会探测硬件（第1步），知道是什么硬件了就该加载硬件驱动程序（第2步），不然是没办法指挥着硬件工作的，关键是内核去哪里找驱动程序（驱动程序是硬盘上，是内核模块.ko存在的）而此时根文件系统还没有挂载上，怎么办？那可以②③对调，先挂载根文件系统，然后再加载驱动，那此时又有问题了，我不加载驱动程序又如何驱动着硬盘工作呢？这个陷入了是先有蛋还是有先鸡的问题了，这该如何解决？[/

][x] 这时候这个文件/boot/initrd-2.6.18-308.el5.img（该文件是一个.gz的压缩文件）就派上用场了，这个文件也是被GRUB加载内存当中，构建成一个虚拟的根文件系统，这个文件里面包含有硬件驱动程序（），这个文件是可以展开如下操作：[/

[root@server1 boot]# cp initrd-2.6.18-308.el5.img ~[root@server1 boot]# cd[root@server1 ~]# lsinitrd-2.6.18-308.el5.img[root@server1 ~]# mv initrd-2.6.18-308.el5.img initrd-2.6.18-308.el5.img.gz[root@server1 ~]# gzip -d initrd-2.6.18-308.el5.img.gz[root@server1 ~]# lsinitrd-2.6.18-308.el5.img[root@server1 ~]# file initrd-2.6.18-308.el5.imginitrd-2.6.18-308.el5.img: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC) 可以看到此时是一个cpio的归档文件[root@server1 ~]# mkdir test[root@server1 ~]# mv initrd-2.6.18-308.el5.img  test[root@server1 ~]# cd test[root@server1 test]# lsinitrd-2.6.18-308.el5.img[root@server1 test]# cpio -id < initrd-2.6.18-308.el5.img  利用cpio来展开该文件12111 blocks[root@server1 test]# lsbin  dev  etc  init  initrd-2.6.18-308.el5.img  lib  proc  sbin  sys  sysroot[root@server1 test]# mv initrd-2.6.18-308.el5.img ../[root@server1 test]# ls  可以看到这不就是跟真实的根很像吗bin  dev  etc  init  lib  proc  sbin  sys  sysroot[root@server1 test]# ls lib/    可以看到这目录下包含了ext3.ko的内核模块，该模块就可以驱动着硬盘进行工作了ata_piix.ko            dm-mod.ko              ext3.ko                mptbase.ko             scsi_mod.kodm-log.ko              dm-raid45.ko           firmware/              mptscsih.ko            scsi_transport_spi.kodm-mem-cache.ko        dm-region_hash.ko      jbd.ko                 mptspi.ko              sd_mod.kodm-message.ko          ehci-hcd.ko            libata.ko              ohci-hcd.ko            uhci-hcd.ko[root@server1 test]#

][x] 至此内核利用虚拟的根文件系统的ext3.ko内核模块，驱动了硬盘，然后挂载了真正的根文件系统，那么此时虚拟的根文件系统是否还有作用，它还可以挂载/proc文件系统等操作。[/

][x] 此阶段中最后一个步骤由内核来启动第一个程序/sbin/init，启动好之后剩下的工作就有init进程来完成了。[/

第4步 init进程首先会读取/etc/inittab文件，根据inittab文件中的内容依次执行

设定系统运行的默认级别（id:3:initdefault:）
执行系统初始化脚本文件（si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit）
执行在该运行级别下所启动或关闭对应的服务（l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3）
启动6个虚拟终端
     l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
     l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
     l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
     l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
     l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
     l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
     l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

进一步的启动操作请看 -> 详解/etc/inittab文件

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2015-11-17