一、linux系统的启动流程
关于linux系统的启动流程我们可以按步进行划分为如下:
POST 加电自检–>BIOS(Boot Sequence)–>加载对应引导上的MBR(bootloader)–>主引导设置加载其 BootLoader–>Kernel初始化–>initrd—>/etc/init进程加载/etc/inittab,其进程流 程图如下:
二、剖析详细启动过程
⑴、
- POST开机自检:电脑主机打开电源的时候,随后会听到滴的一声,系统启动开始了开机自检(POST-power on self
- test)自检开始),这个过程中主要是检测计算机硬件设备比如:CPU,内存,主板,显卡,CMOS等设备是否有故障存
- 在,如果有硬件故障的话将按两种情况理:对于严重故障(致命性故障)则停机,此时由于各种初始化操作还没完成,
- 不能给出任何提示或信号;对于非严重故障则给出提示或声音报警信号,等待用户处理),如果没有故障,POST完整自己
- 的接力任务,将尾部工作交接给BIOS处理。
⑵、
- BIOS:计算机加电自检完成后第一个读取的地方就是就是BIOS(Basic Input Output System,基础输入输出系统)
- ,BIOS里面记录了主机板的芯片集与相关设置,如CPU与接口设备的通信频率、启动设备的搜索顺序、硬盘的大小与
- 类型、系统时间、外部总线、各种接口设备的I/O地址、已经与CPU通信的IRQ中断信息,所以,启动如果要顺利启动,
- 首先要读取BIOS设置。
⑶、
- 按照BIOS所设定的系统启动流程,如果检测通过,则根据引导次序(Boot Sequence)开始在第一台设备上支持启动
- 程序,我们的启动设备主要包括硬盘、USB、SD等,我们一般用的是硬盘,然后进行读取第一个设备就是硬盘,第一个
- 要读去的就是该硬盘的主引导记录MBR(Master Boot Record),然后系统可以根据启动区安装的
- 引导加载程序(Boot Loader)开始执行核心识别的工作。【在此插一句:MBR程序只是找到只是硬盘分区内最前面
- 的446个字节的Boot Loader】然后查找相关配置和定义。
⑷、
- Boot Loader 加载Grub程序
- 在这个过程中主要靠Grub的引导开始的,Grub分为连个阶段:
- stage1:主要是Boot loader
- stage 1.5:过渡
- stage2:主要是/boot/grub
通过上面我们可以发现linux的内核VMLnuz,grub、initrd都在/boot目录下
在/boot/grub/下面我们看到了熟悉的stage1,stage2及grub工具的配置文件 grub.conf,那么grub.conf内都定义了什么呐??
⑸、Kernel
- 根据Grub内的定义,grub读取完毕后就把下面的工作交个内核了。kernel主要是完成系统硬件探测及硬件驱动的初始
- 化,并且以读写的方式挂载根文件系统(根切换),那么这里就出现了一个“先有鸡还是先有蛋的文件了”,具体是什么
- 那?
- 要想访问真正的根文件系统(rootfs)的话,就必须加载根文件系统中的设备,这时根文件系统又没有挂载,
- 要挂载根文件系统又得加载根文件系统中的驱动程序,哪怎么办呢?为了解决这个问题,这是就用到了initrd文件了。
- 在来说下kernel初始化所要工作的内容做下简单总结:
- 探测硬件->加载驱动(initrd)->挂载根文件系统->rootfs(/sbin/init)
⑹、
- 到此止内核空间的相关工作已经完成,内核空间的任务开始向用户空间转移,内核空间通过一个间接的initrd(微型
- linux)向用户空间的/sbin/init过度,所以gurb开始引导内核转向initrd。
- initrd:一个虚拟的文件系统,里面有lib、bin、sbin、usr、proc、sys、var、dev、boot等一些目录,
- 其实你会发现里面的目录有点像真的/对吧,所以我们称之为虚拟的根文件系统,作用就是将kernel和真的根文件系统
- 建立关联关系,让kernel去initrd中加载根文件系统所需要的驱动程序,并以读写的方式挂载根文件系统,并让执行
- 用户当中第一个进程init。
下面我们看下init脚本内的内容:
从上面的脚本内容我们可以看到init进程的主要工作:
- 挂载 :将initrd中的/proc, /sys /dev 挂载到当前的主分区中的相应目录
- 创建目录:/dev/mapper
- 通过mknod完成block or character special files的创建
- 相关模块的挂载
- 创建root设备
- 挂载 /sysroot
- 最后完成根切换
⑺、init执行完毕以后会启动系统内的/etc/inittab文件,来完成系统系统的初始化工作。下面我们来介绍一下inittab这个配置文件内的详细内容
各个级别的定义:
默认运行级别
- 0:halt //关机
- 1: single user mode //单用户维护模式)
- 2:multi user mode, without NFS //不支持NFS功能
- 3: multi user mode, text mode //字符界面
- 4:reserved //系统保留
- 5: multi user mode, graphic mode //图形化界面
- 6: reboot //重启
/etc/inittab格式及语法(:)
- [选项]:[runlevel]:[行为]:[命令]
- 行为:
- initdefault:代表默认运行级别
- sysinit:代表系统初始化操作选项
- ctrlaltdel:代表重启的相关设置
- wait:代表上一个命令执行结束后方可执行下面的操作
- respawn:代表后面字段可以无限制再生(reboot)
- 命令选项
- 一些命令,不过通常都是脚本
下面说下inittab内定义的初始化脚本:rc.sysinit –/etc/rc.d/rc.sysinit
- 如上图所示:rc.sysinit脚本内定义了一些与系统初始化的定义
- 设定主机名
- 检测并挂载/etc/fstab中其他文件系统
- 启动swap分区
- /etc/sysctl.conf设定内核参数
- 装载键映射–>键盘上每个键的功能
- 然后根据系统运行级别运行相关的服务脚本:/etc/rc.d/init.d/脚本和/etc/rc.d/rc#d
- rc0-rc6目录下脚本:
- K* ##只要是以K开头的文件均执行stop工作
- S* ##只要是以S开头的文件均执行start工作
- 0-99 (执行次序,数字越小越先被执行)
- 用户自定义开机启动程序(/etc/rc.d/rc.local)
- 可以根据自己的需求将一些执行命令或是脚本写到/etc/rc.d/rc.local里,当开机时,就可以加载啦
三、总结
系统初始化的大致内容总结如下:
- 硬件的初始化,图像界面启动的初始化(如果设置了默认启动基本)
- 主机RAID的设置初始化,device mapper 及相关的初始化,
- 检测根文件系统,以只读方式挂载
- 激活udev和selinux
- 设置内核参数 /etc/sysctl.conf
- 设置系统时钟
- 启用交换分区,设置主机名
- 加载键盘映射
- 激活RAID和LVM逻辑卷
- 挂载额外的文件系统 /etc/fstab
- 最后根据mingetty程序调用login让用户登录->用户登录(完成系统启动)
- 在系统启动过程中主要的脚本和目录有:
- boot
- /grub
- /boot/grub/grub.conf
- /boot/initrd+内核版本
- /initrd文件中的/proc/ /sys/ /dev/ 目录的挂载 及根的切换
- /etc/inittab 脚本
- /etc/rc.d/rc.sysinit 脚本 等
这些重要的脚本和目录,还有其他重要的目录和文件,脚本等。由此篇我们可以详细了解linux系统的启动和初始化过程,然后我们可以根据linux系统启动的过程和所用到的命令自己动手DIY一个微型linux系统,关于“DIY微型linux系统”会再后两至三天内发表博文,到时候我们在一起探讨探讨linux系统的组成部分等更详细的相关信息!!!
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