Linux 開機啓動流程

Linux的開機啓動流程

一、開機BIOS自檢                                             --> 檢查CPU,硬盤等硬件信息

二、MBR【Major Boot Record】引導                  --> 主分區引導【讀取0磁道0柱面1扇面的前446字節】

                                                                      --> 肯定服務器的啓動方式【通常是硬盤啓動，有時候也有CD_ROM啓動】

三、GRUB【GRand Unified Bootloader】引導    –> 肯定加載某個系統【GRUB是GUN項目的多操做系統啓動程序】

四、加載內核kernal信息                                     --> 【cat /proc/version或uname -a便可查看內核版本信息】

五、運行INIT進程                                              --> Linux啓動的第一個進程【ps -ef | grep /sbin/init】

六、讀取cat /etc/inittab                                    --> 肯定Linux的啓動級別和加載自啓動設備

                                                                      --> init進程執行/etc/rc.d/rc.sysinit (設置主機名，網絡等信息)

七、啓動內核模塊，執行不一樣級別的腳本程序           --> 根據自啓動級別加載該級別下的自啓動程序 /etc/rc.d/rc3.d/*

八、執行/etc/rc.d/rc.local                                  --> 記錄系統自啓動的是非系統軟件、命令、環境變量等初始化信息

九、執行/bin/login登陸程序，啓動mingetty(終端登陸進程)，進入系統登錄界面

【更多參考】http://oldboy.blog.51cto.com/2561410/791273/

 

圖文解說

【原文】https://www.toutiao.com/i6592795183895544333/

0、boot的含義

boot的意思是靴子，」啓動」與靴子有什麼關係呢？ 原來，這裏的boot是bootstrap（鞋帶）的縮寫，它來自一句諺語：

　「pull oneself up by one’s bootstraps」

字面意思是」拽着鞋帶把本身拉起來」，這固然是不可能的事情。最先的時候，工程師們用它來比喻，計算機啓動是一個很矛盾的過程：必須先運行程序，而後計算機才能啓動，可是計算機不啓動就沒法運行程序！

早期真的是這樣，必須想盡各類辦法，把一小段程序裝進內存，而後計算機才能正常運行。因此，工程師們把這個過程叫作」拉鞋帶」，長此以往就簡稱爲boot了。

計算機的整個啓動過程分紅四個階段。

1、第一階段：BIOS

上個世紀70年代初，」只讀內存」（read-only memory，縮寫爲ROM）發明，開機程序被刷入ROM芯片，計算機通電後，第一件事就是讀取它。

1.1 硬件自檢

BIOS中主要存放的程序包括：自診斷程序（經過讀取CMOS RAM中的內容識別硬件配置，並對其進行自檢和初始化）、CMOS設置程序（引導過程當中，經過特殊熱鍵啓動，進行設置後，存入CMOS RAM中）、系統自動裝載程序（在系統自檢成功後，將磁盤相對0道0扇區上的引導程序裝入內存使其運行）和主要I/O驅動程序和中斷服務（BIOS和硬件直接打交道，須要加載I/O驅動程序）。

BIOS程序首先檢查，計算機硬件可否知足運行的基本條件，這叫作」硬件自檢」（Power-On Self-Test），縮寫爲POST。

若是硬件出現問題，主板會發出不一樣含義的蜂鳴，啓動停止。若是沒有問題，屏幕就會顯示出CPU、內存、硬盤等信息。

1.2 啓動順序

硬件自檢完成後，BIOS把控制權轉交給下一階段的啓動程序。

這時，BIOS須要知道，」下一階段的啓動程序」具體存放在哪個設備。也就是說，BIOS須要有一個外部儲存設備的排序，排在前面的設備就是優先轉交控制權的設備。這種排序叫作」啓動順序」（Boot Sequence）。

打開BIOS的操做界面，裏面有一項就是」設定啓動順序」。

2、第二階段：主引導記錄

BIOS按照」啓動順序」，把控制權轉交給排在第一位的儲存設備。即根據用戶指定的引導順序從軟盤、硬盤或是可移動設備中讀取啓動設備的MBR，並放入指定的位置（0x7c000）內存中。

這時，計算機讀取該設備的第一個扇區，也就是讀取最前面的512個字節。若是這512個字節的最後兩個字節是0x55和0xAA，代表這個設備能夠用於啓動；若是不是，代表設備不能用於啓動，控制權因而被轉交給」啓動順序」中的下一個設備。

這最前面的512個字節，就叫作」主引導記錄」（Master boot record，縮寫爲MBR）。

2.1 主引導記錄的結構

「主引導記錄」只有512個字節，放不了太多東西。它的主要做用是，告訴計算機到硬盤的哪個位置去找操做系統。

主引導記錄由三個部分組成

（1） 第1-446字節：調用操做系統的機器碼。

（2） 第447-510字節：分區表（Partition table）。

（3） 第511-512字節：主引導記錄簽名（0x55和0xAA）。

其中，第二部分」分區表」的做用，是將硬盤分紅若干個區。

2.2 分區表

硬盤分區有不少好處。考慮到每一個區能夠安裝不一樣的操做系統，」主引導記錄」所以必須知道將控制權轉交給哪一個區。

分區表的長度只有64個字節，裏面又分紅四項，每項16個字節。因此，一個硬盤最多隻能分四個一級分區，又叫作」主分區」。

每一個主分區的16個字節，由6個部分組成：

（1） 第1個字節：若是爲0x80，就表示該主分區是激活分區，控制權要轉交給這個分區。四個主分區裏面只能有一個是激活的。

（2） 第2-4個字節：主分區第一個扇區的物理位置（柱面、磁頭、扇區號等等）。

（3） 第5個字節：主分區類型。

（4） 第6-8個字節：主分區最後一個扇區的物理位置。

（5） 第9-12字節：該主分區第一個扇區的邏輯地址。

（6） 第13-16字節：主分區的扇區總數。

最後的四個字節（」主分區的扇區總數」），決定了這個主分區的長度。也就是說，一個主分區的扇區總數最多不超過2的32次方。

若是每一個扇區爲512個字節，就意味着單個分區最大不超過2TB。再考慮到扇區的邏輯地址也是32位，因此單個硬盤可利用的空間最大也不超過2TB。若是想使用更大的硬盤，只有2個方法：一是提升每一個扇區的字節數，二是增長扇區總數。

3、第三階段：硬盤啓動

這時，計算機的控制權就要轉交給硬盤的某個分區了，這裏又分紅三種狀況。

3.1 狀況A：卷引導記錄

上一節提到，四個主分區裏面，只有一個是激活的。計算機會讀取激活分區的第一個扇區，叫作」卷引導記錄」（Volume boot record，縮寫爲VBR）。

「卷引導記錄」的主要做用是，告訴計算機，操做系統在這個分區裏的位置。而後，計算機就會加載操做系統了。

3.2 狀況B：擴展分區和邏輯分區

隨着硬盤愈來愈大，四個主分區已經不夠了，須要更多的分區。可是，分區表只有四項，所以規定有且僅有一個區能夠被定義成」擴展分區」（Extended partition）。

所謂」擴展分區」，就是指這個區裏面又分紅多個區。這種分區裏面的分區，就叫作」邏輯分區」（logical partition）。

計算機先讀取擴展分區的第一個扇區，叫作」擴展引導記錄」（Extended boot record，縮寫爲EBR）。它裏面也包含一張64字節的分區表，可是最多隻有兩項（也就是兩個邏輯分區）。

計算機接着讀取第二個邏輯分區的第一個扇區，再從裏面的分區表中找到第三個邏輯分區的位置，以此類推，直到某個邏輯分區的分區表只包含它自身爲止（即只有一個分區項）。所以，擴展分區能夠包含無數個邏輯分區。

可是，彷佛不多經過這種方式啓動操做系統。若是操做系統確實安裝在擴展分區，通常採用下一種方式啓動。

3.3 狀況C：啓動管理器

在這種狀況下，計算機讀取」主引導記錄」前面446字節的機器碼以後，再也不把控制權轉交給某一個分區，而是運行事先安裝的」啓動管理器」（boot loader），由用戶選擇啓動哪個操做系統。

Linux環境中，目前最流行的啓動管理器是Grub。

4、第四階段：操做系統

控制權轉交給操做系統後，操做系統的內核首先被載入內存。

以Linux系統爲例，先載入/boot目錄下面的kernel。內核加載成功後，第一個運行的程序是/sbin/init。它根據配置文件（Debian系統是/etc/initab）產生init進程。這是Linux啓動後的第一個進程，pid進程編號爲1，其餘進程都是它的後代。

而後，init線程加載系統的各個模塊，好比窗口程序和網絡程序，直至執行/bin/login程序，跳出登陸界面，等待用戶輸入用戶名和密碼。

至此，所有啓動過程完成。

經常使用的命令展現         

cat /etc/inittab

Linux共有7【0-6】個自啓動級別，默認是3級

# inittab is only used by upstart for the default runlevel.
#
# ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# System initialization is started by /etc/init/rcS.conf
#
# Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf
#
# Terminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,
# with configuration in /etc/sysconfig/init.
#
# For information on how to write upstart event handlers, or how
# upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).
#
# Default runlevel. The runlevels used are:
#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
#   1 - Single user mode
#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
# 
id:3:initdefault:

其餘文件的展現：

[root@localhost ~]# cd /etc/rc.d/

[root@localhost rc3.d]# tail /etc/rc.local