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Linux系统详细启动流程

2024-09-08 04:34:30   218人阅读

  1. 第一阶段：BOIS（Basic Input Output System）初始化，如图1



    首先加载的是BIOS ，通过bios程序去加载CMOS（用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定（如日期、时间、启动设置等）的芯片，是主板上的一块可读写的并行或串行FLASH芯片，是）的信息。取得cmos中的信息后，BIOS开始开机自检（POST），然后执行硬件的初始化，并设定Pnp（即插即用，U盘等）设备，再定义可以开机的设备顺序，接下来就是读取开机设备的数据（就是第一个开机设备内的第0个扇区内的MBR中的Bootloader）


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图1





    2.第二阶段：GRUB/GRUB2的启动引导


        由于不同的操作系统，其文件系统的格式不一样，所以需要一个开机管理的程序来处理内核文件的加载。这个管理  程序及时BootLoader，安装在MBR 中！（MBR广义上是指整个扇区，狭义上是仅指引导程序，在硬盘的0柱  面，0磁头，1扇区；其中主要是有三部分的内容：主引导程序（446B），分区表（64B），硬盘有效标识   （2B），一共是512B）。BootLoader的作用是认识操作系统的文件格式，并加载内核到内存执行（读入的数据有setup程序和一个经过压缩的内核映像在zImage或bzImage）。因为MBR过于小了，所以启动引导工具往往还需要从其他地方进一步的读取数据，这就是所谓的第二阶段。这通常是一个可交互的界面。如图3


（1）GRUB

        GRUB进行第二阶段引导时，读取/boot/grub/grub.conf中的配置文件，根据配置文件的参数，加载相应的内核模块，内核再加载相应的驱动，进行必要的硬件初始化。grub2取消了grub-legacy（即GRUB）中的stage1，stage1_5和stage2的概念。

        stage1 ： 这是grub-legacy写入MBR中的那部分（对应gurb2中的boot.img）。  其作用是装入stage1_5（对应grub2中的core.img）的第一个扇区，为后续引导过程做准备。

        stage1_5：就是写入保留扇区的那部分，对应grub2中的core.img。（注意的是：标准MBR是在第0个扇区，而分区表中记录的第一个分区是在63扇区，中间有62个扇区是保留扇区，由于stage1（0扇区）不能直接识别stage2（63扇区），所以中间添加了一个stage1_5（62个扇区）来过渡引导！）如图2：


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图2


        stage2：也就是grub-legacy的最后阶段。直接给用户呈现的就是一个引导菜单，其中提供了操作系统的名称，内核参数，引导分区等内容。从现在开始，  才真正进行Linux的启动过程，之前的都是准备工作！

 

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图3



（2）GRUB2

        GRUB2的boot.img在MBR或者是启动分区中，boot.img会读取core.img的第一个扇区，用以读取core.img后面的部分，一旦完成读取，core.img就会读取默认的配置文件和其他需要的模块！（centos7就是gurb2引导的）：如图4：

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图4




3.第三阶段：内核引导（vmlinuz、initramfs）（图6）


（1）vmlinuz

        内核的分类： 单片型内核、模块型内核

        单片型内核：将各种硬件支持，网络协议于文件系统管理都编译入一个单一的文件中。

        模块型内核：允许计算机字在使用某一项功能的时候自动加载，防止核心臃肿，是大部分情况下的标准构建。

        通常内核文件以压缩的形式存储，并不是一个可执行的内核。因此，内核阶段首要工作就是自解压内核映像。

        系统内核镜像文件（vmlinuz）是可引导，可压缩的内核，压缩后一般为bzImage（大内核，大于512KB）或zImage（小内核，小于512KB）。Linux能使用硬盘空间作为虚拟内存，因此得名vm。    vmlinuz是可执行的内核文件，它的解压程序也在内核中。内核文件一般在/boot/vmlinuz目录中。  注意[vmlinux是未压缩的内核，是ELF文件，即编译出来的最原始的文件，不能用于直接加载，不能用于启动内核，只是启动过程中的一种中间媒体]


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图5



（2）initramfs

        初始化内存镜像盘（initramfs）称为初始化内存盘，为系统提供一系列的内核映像提供不了的模块，这些模块对正确引导系统很重要。他通常和文件系统和存储设备有关，也支持其他特性和硬件外设。initramfs文件是用mkinitrd创建的，这个命令是Redhat（centos）专有的，其他版本有相应的命令！bootloader将其加载到内存中后，initramfs文件被解压缩，并在内存中仿真一个根目录（虚拟文件系统），此虚拟文件系统可以提供一个可执行程序，通过改程序来加载开机过程中所需要的模块，通常这些模块就是USB、RAID、LVM、SCSI等文件系统于磁盘接口的 驱动程序！

#mkinitrd        [--with=模块 ]        initramfs-版本号.img        版本号

#mkinitrd        [--with=模块 ]        initramfs-$(uname --r).img        $(uname -r)

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图6



（3）内核初始化

        由BootLoader读取内核文件后，将其解压到内存中，并利用内核的功能，检查硬件与加载驱动程序，即测试并且驱动各个周边的设备（cpu，存储设备，网卡，声卡等）。此时Linux内核会一自己有的功能重新检查一下硬件，而不一定是使用BIOS 中的硬件信息。也就是说内核从现在才开始接管BIOS 后的工作。然后将根分区以只读的方式挂载，接着就是载入初始进程systemd（/usr/sbin/systemd/systemd）,此处在centos7一下版本中，初始进程是init（/usr/sbin/init）


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图7





4.第四阶段：systemd（init）


        在内核加载完毕，进行硬件的检查和驱动加载后，此时主机硬件已经准备就绪，这时候内核会启动第一个进程（/usr/sbin/systemd/systemd或者/etc/inittab）。这是调用的第一个使用标准C库编译的程序，其进程号始终为1。

init负责触发其他必须的进程，使系统进入可用状态。init的这些工作根据/etc/inittab文件来完成，包括设置getty进程接受用户登录，设置键盘，字图，网络等。若没有这些进程，内核即使成功启动，也没有多大的意义。如图8


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图8


        Redhat7系统上，/etc/inittab文件不再使用，改文件只有一些注释说明信息，如下：

[root@localhost ~]# cat /etc/inittab 
# inittab is no longer used when using systemd.
#
# ADDING CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /usr/lib/systemd/system/ctrl-alt-del.target
#
# systemd uses ‘targets‘ instead of runlevels. By default, there are two main targets:
#
# multi-user.target: analogous to runlevel 3
# graphical.target: analogous to runlevel 5
#
# To view current default target, run:
#
# To set a default target, run:
# systemctl set-default TARGET.target
#
[root@localhost ~]#







参考文献：

[1]    张同光.    Linux操作系统（REHL 7/Centos 7）.    北京:         清华大学出版社，2014.

[2]    鸟哥.    鸟哥的Linux私房菜（第三版）.    北京：     人民邮电出版社，2015.

[3]    吴国伟等.    深入理解Linux驱动程序设计.    北京：    清华大学出版社，2015.

[4]    任桥伟.    Linux内核修炼之道.    北京：    人民邮电出版社，2010.

本文出自 “11929788” 博客，请务必保留此出处http://11939788.blog.51cto.com/11929788/1905441

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