Linu_的启动流程.doc

Linux的启动流程1. 从BIOS到KERNELBIOS自检MBR(GRUB)KERNELKERNEL自解压内核初始化内核启动BIOS自检当电脑开机的时候，电脑会进入BIOS，BIOS的工作主要是侦测电脑的周边配套设备是否工作正常，如CPU的类型、速度、缓存等主板类型内存的速度，容量硬盘的大小，类型和工作模式风扇速度等主要是为了检查这些设备在开机的时候是否能通过检测，如果能通过检测，说明电脑可以正常的工作。一、载入启动程序BIOS自检完成后，BIOS会根据用户设置的启动顺序来由那个设备来启动电脑的操作系统，这个设备一般是硬盘。也就是进入到硬盘的MBR区域（引导扇区），这个区域中的有512个字节的大小，其中前446个字节中保存的程序是选择启动分区，也就是电脑由 那个硬盘分区来载入开机的程序。那么在这个446个字节的空间中保存的就是启动程序，然后由这个小程序来加载存 储在其他位置的操作系统，也就是启动grub程序。当找到启动设备（硬盘）时，第一阶段所用的boot loader（存放在引导扇区）被装载到RAM中并被执行。这里的boot loader在大小上小于一个扇区的大小，也就是512字节，而它的任务，就是加载第二阶段的boot loader。当负责第二阶段的boot loader位于内存中并被执行时，通常会显示一个一闪而过的屏幕，然后linux以及可选的初始化内存盘（一种临时的根文件系统，如果想得到具体的介绍，请访问/5502266.html) 会被装载到存储器中。当系统镜像被加载时，第二阶段的boot loader将把控制权转交给内核镜像，与此同时，内核开始自解压并初始化。在这个阶段，第二阶段的boot loader会检查系统的硬件，枚举那些附加的硬件设备，挂载根设备，之后加载需要的内核模块。完成之后，第一个用户空间程序（init）开始执行，更高 层次的系统初始化开始。这就是从表面上看，linux的启动过程。好了，现 在，让我们更进一步，更深入地探索linux启动过程中的一些细节。二、 系统的启动系统启动的阶段，依赖于linux在哪个硬件设备上启动。在嵌入式系统中，当系统被打开或者重 新启动的时候，就要使用启动加载的环境。这方面的例子包括U -BOOT，RedBoot，和Lucent推出的MicroMonitor。嵌入式平台通常是绑定了启动监视器的。这些程序位于目标硬件上flash存储器的特定位置，提供了将linux 内核镜像下载到flash存储器的方法，并在接下来的过程中执行它。除了拥有存储和启动linux镜像的功能外，这些启 动监视器还能进行一定程度上的系统检测和硬件初始化。在一个嵌入式的目标板中，这些启动监视器通常覆盖了第一阶段与第二阶段boot loader的功能。 /*/小知识：如何查看你的MBR内容。如果你希望查看你MBR的具体内容，请用以下命令：# dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1# od -xa mbr.bin需要以root身份运行的dd命令，读取你的第一个集成电子驱动器或者IDE驱动器的前512字节，并将他们写入mbr.bim文件。od命令则是以十六进制和ASCII码形式打印出这个二进制文件 /*/在个人电脑中，linux的启动是从0xFFFF0地址开始的。BIOS的第一步动作就是进行上电自检（POST）。POST的工作是检查硬件 设备。BIOS的第二步动作就是枚举本地设备并初始化。由于BIOS功能使用上的不同，它由两个部分组成：POST码runtime服务。POST完成后，它将从存储器中被清除，但是BIOS runtime服务会被保留，用于目标操作系统。为了启动操作系统，BIOS的runtime服务将搜索那些激活状态的或是可引导启动的设备，搜索的顺序则由CMOS设置决定（也就是我们平时 所谓的在 BIOS中设置的启动顺序）。一个软驱，一台光驱，一个硬盘上的分区，网络上的设备甚至一个usb 闪存盘都可以作为一个启动设备。当然，linux通常是从硬盘启动的。硬盘上的MBR（主启动记录）包含有基本的boot loader，它是一个512字节大小的扇区，位于磁盘的第一个扇区（0磁头0磁道1扇区）。当MBR被装载到RAM中后，BIOS就会将控制权转交给 MBR。三、 第一阶段boot loader位于MBR中的主boot loader是一个512字节的镜像，其中不仅包含了程序代码，还包含了一个小的分区表，如图2所示。最初的446字节是主boot loader，它里面就包含有可执行代码以及错误消息文本。接下来的64字节是分区表，其中包含有四个分区的各自的记录（一个分区占16字节）。MBR通 过特殊数字0xAA55（译者注：在电子界中AA55确实是具有传奇色彩的数字，想知道为什么么？将它展开成二进制形式，看看有什么规律）作为两个字节的 结束标志。0x55AA同时也是MBR有效的校验确认。主boot loader的工作是寻找并加载第二boot loader。它通过分析分区表，找出激活分区来完成这个任务，当它找到一个激活分区时，它将继续扫描剩下的分区表中的分区，以便确认他们都是未激活的。 确认完毕后，激活分区的启动记录从设备中被读到RAM，并被执行。四、 第二阶段boot loader起着次作用，或者说是第二boot loader，可以更加形象得被称为内核加载程序。这个阶段的任务就是加载linux内核，以及可选的初始化内存盘。 /*/小知识：GRUB阶段的boot loaders在/boot/grub目录中包含有stage1,stage2和stage1.5的boot loaders，同时还有不少可选的loaders（例如，CD-ROM使用的就是iso9660_stage_1_5） /*/把第一阶段和第二阶段的boot loaders联合起来，就是在x86个人电脑中，我们所说的linux loader（LILO）或者GRand Unified Bootloader(GRUB)。由于GRUB修正了一些LILO中存在的缺陷，因此下面就让我们来看看GRUB（如果你希望得到更多的关于GRUB， LILO和与之相关话题的讨论资源，请见文后的参考资料）对于GRUB来说，一个比较好的方面就是它包含了linux文件系统的知识。与LILO使用裸扇区不同的是，GRUB能够从ext2或者 ext3文件系统中加载linux内核。它是通过将本来两阶段的boot loader转换成三个阶段的boot loader。在第一阶段（MBR）中会启动stage1.5的boot loader来理解linux内核镜像中的特殊的文件系统格式，例如，reiserfs_stage1-5(用于从reiserf日志文件系统中进行加 载)或e2fs+stage1_5(用于从wxt2或ext3文件系统进行加载）。当stage1.5的boot loader被加载并运行时，stage2 的boot loader才能被加载。当stage2被加载时，GRUB能根据请求的情况显示一个可选内核的清单（在 /etc/grub.conf 中进行定义，同时还有几个软符号链接 /etc/grub/menu.lst 和 /etc/grub.conf)。你可以选择一个内核，修改其附加的内核参数。同时，你可以选择使用命令行的shell来对启动过程进行更深层次的手工控 制。在第二阶段boot loader存在与内存中后，就可以对文件系统进行查询了，同时，默认的内核镜像以及初始化内存盘镜像也被加载到内存中。一切准备完毕之后，第二阶段的 boot loader就会调用内核镜像。 2. 内核启动：创建1进程并执行，由它创建若干内核线程（kernel thread），然后装入并执行程序/sbin/init（变成一个用户进程）。此后，init根据/etc/inittab配置文件来执行相应的脚本进 行系统初始化，如设置键盘、字体，装载模块，设置网络等。对于Redhat来说，执行的顺序为：/etc/rc.d/rc.sysinit # 由init执行的第一脚本/etc/rc.d/rc $RUNLEVEL # init执行指定运行级别（$RUNLEVEL为缺省的运行模式）的各脚本；/etc/rc.d/rc.local #运行模式2、3、5时会运行的脚本/sbin/mingetty（或getty） # 等待用户登录/etc/inittab中指定了系统的运行级别（RUNLEVEL），init根据运行级别启动相关的服务（一些后台进程），实现不同的功 能。RUNLEVEL值为:060：halt， 1：单用户，2：多用户，3：多用户并启动NFS服务4：保留，5：运行xdm（X window）以图形界面方式登录6：reboot3./etc/inittab文件/etc/inittab的文件内容如下：# 设定系统开机预设的RUNLEVEL：id:3:initdefault:# 开始进行RUNLEVEL的服务启动前，使用来侦测与初始化系统环境的设定文件：si:sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit# 7 个不同 run level 的，需要启动的服务的 scripts 放置路径：l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6# 是否允许按下 ctrl+alt+del 就重新开机的设定项目：ca:ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now# 本机端终端机启动的个数：1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty12:2345:respawn:/sbin/mingetty tty23:2345:respawn:/sbin/mingetty tty34:2345:respawn:/sbin/mingetty tty45:2345:respawn:/sbin/mingetty tty56:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6# 在 X Window (RUNLEVEL 5) 环境下的启动 script 设定项目：x:5:once:/etc/X11/prefdm -nodaemon这个文件的语法是这样的：标识符：级别：init 的动作行为:指令项目1. 标识符：最多四个字符，代表 init 的主要工作项目，只是一个简单的代表说明。2. 级别：该项目在哪些 run level 底下进行的意思。如果是 35 则代表 runlevel 3 与 5 都会执行。3. init 的动作行为：主要可以进行的动作项目意义有：initdefault ：代表预设的 run level 设定值；sysinit ：代表系统初始化的动作项目；ctrlaltdel ：代表 ctrl+alt+del 三个按键是否可以重新开机的设定；wait ：代表后面接的指令项目必须要执行完毕才能继续后面的动作；respawn ：代表后面接的， init 仍会主动的重新启动。更多的设定项目请参考 man inittab 的说明。4. 指令项目：亦即应该可以进行的指令，通常是一些 script 啰。说明：如根据上面的文件，init程序执行时根据/etc/inittab文件的内容，完成以下功能(1)获取RUNLEVEL（文件中的这一行 id:3:initdefault:）为3(2)执行rc.sysinit（文件中的这一行 si:sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit）(3)执行/etc/rc.d/rc3.d目录中的脚本（文件中