Linux系统启动流程详解

一、linux系统启动流程

以下是centos6的启动流程

centos6的启动流程

第一步：BIOS引导阶段

BIOS(Basic Input / Output System)，又称基本输入输出系统，可以视为是一个永久地记录在ROM中的一个软件，是操作系统输入输出管理系统的一部分。早期的BIOS芯片确实是”只读”的，里面的内容是用一种烧录器写入的，一旦写入就不能更改，除非更换芯片。现在的主机板都使用一种叫Flash EPROM的芯片来存储系统BIOS，里面的内容可通过使用主板厂商提供的擦写程序擦除后重新写入，这样就给用户升级BIOS提供了极大的方便。

BIOS的功能由两部分组成，分别是POST码和Runtime服务。POST阶段完成后它将从存储器中被清除，而Runtime服务会被一直保留，用于目标操作系统的启动。BIOS两个阶段所做的详细工作如下：

• 步骤1：上电自检POST(Power-on self test)，主要负责检测系统外围关键设备（如：CPU、内存、显卡、I/O、键盘鼠标等）是否正常。例如，最常见的是内存松动的情况，BIOS自检阶段会报错，系统就无法启动起来；

• 步骤2：步骤1成功后，便会执行一段小程序用来枚举本地设备并对其初始化。这一步主要是根据我们在BIOS中设置的系统启动顺序来搜索用于启动系统的驱动器，如硬盘、光盘、U盘、软盘和网络等。以硬盘启动为例，BIOS此时去读取硬盘驱动器的第一个扇区(MBR，512字节)，然后执行里面的代码。实际上这里BIOS并不关心启动设备第一个扇区中是什么内容，它只是负责读取该扇区内容、并执行。

至此，BIOS的任务就完成了，此后将系统启动的控制权移交到MBR部分的代码。

1 PS: 在个人电脑中，Linux的启动是从0xFFFF0地址开始的。

第二步：系统引导 >MBR，它是Master Boot Record的缩写。硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区。它由三个部分组成，主引导程序(Bootloader)、 硬盘分区表DPT（Disk Partition table）和硬盘有效标志（55AA），其结构图如下所示：

image

MBR(Master Boot Record)，主引导记录，MBR存储于磁盘的头部，大小为512bytes，其中，446bytes用于存储BootLoader程序，64bytes用于存储分区表信息，最后2bytes用于MBR的有效性检查。
GRUB

GRUB(Grand Unified Bootloader)，多系统启动程序，其执行过程可分为三个步骤：

• 第一步：这个其实就是MBR，它的主要工作就是查找并加载第二段Bootloader程序(stage2)，但系统在没启动时，MBR根本找不到文件系统，也就找不到stage2所存放的位置，因此，就有了stage2

• 第二步：识别文件系统

• 第三步：GRUB程序会根据/boot/grub/grub.conf文件查找Kernel的信息，然后开始加载Kernel程序，当Kernel程序被检测并在加载到内存中，GRUB就将控制权交接给了Kernel程序。

PS：实际上这个步骤/boot还没被挂载，GRUB直接识别grub所在磁盘的文件系统，所以实际上应该是/grub/grub.conf文件，该配置文件的信息如下：

default=0 #设定默认启动的title的编号，从0开始
timeout=5 #等待用户选择的超时时间
splashimage=(hd0,0)/boot/grub/splash.xpm.gz #GRUB的背景图片
hiddenmenu #隐藏菜单
title CentOS (2.6.18-194.el5PAE) #内核标题
root (hd0,0) #内核文件所在的设备
kernel /vmlinuz-2.6.18-194.el5PAE ro root=LABEL=/ #内核文件路径以及传递给内核的参数　　　
initrd /initrd-2.6.18-194.el5PAE.img #ramdisk文件路径

三、启动Kernel

Kernel，内核，Kernel是Linux系统最主要的程序，实际上，Kernel的文件很小，只保留了最基本的模块，并以压缩的文件形式存储在硬盘中，当GRUB将Kernel读进内存，内存开始解压缩内核文件。讲内核启动，应该先讲下initrd这个文件，

initrd(Initial RAM Disk)，它在stage2这个步骤就被拷贝到了内存中，这个文件是在安装系统时产生的，是一个临时的根文件系统(rootfs)。因为Kernel为了精简，只保留了最基本的模块，因此，Kernel上并没有各种硬件的驱动程序，也就无法识rootfs所在的设备，故产生了initrd这个文件，该文件装载了必要的驱动模块，当Kernel启动时，可以从initrd文件中装载驱动模块，直到挂载真正的rootfs，然后将initrd从内存中移除。

Kernel会以只读方式挂载根文件系统，当根文件系统被挂载后，开始装载第一个进程(用户空间的进程)，执行/sbin/init，之后就将控制权交接给了init程序。

四、Init初始化

init程序就是进行OS初始化操作，实际上是根据/etc/inittab(定义了系统默认运行级别)设定的动作进行脚本的执行，第一个被执行的脚本为/etc/rc.d/rc.sysinit，这个是真正的OS初始化脚本，简单讲下这个脚本的任务(可以去看看实际脚本，看看都做了什么)：

激活udev和selinux；
根据/etc/sysctl.conf文件，来设定内核参数；
设定系统时钟；
装载硬盘映射；
启用交换分区；
设置主机名；
根文件系统检测，并以读写方式重新挂载根文件系统；
激活RAID和LVM设备；
启用磁盘配额；
根据/etc/fstab，检查并挂载其他文件系统；
清理过期的锁和PID文件

执行完后，根据配置的启动级别，执行对应目录底下的脚本，最后执行/etc/rc.d/rc.local这个脚本，至此，系统启动完成。

五、Runlevel指定运行级别

runlevel，运行级别，不同的级别会启动的服务不一样，init会根据定义的级别去执行相应目录下的脚本，Linux的启动级别分为以下几种

启动级别 启动模式
0 关机模式
1 单一用户模式(直接以管理员身份进入)
2 多用户模式（无网络）
3 多用户模式（命令行）
4 保留
5 多用户模式（图形界面）
6 重启
　　在不同的运行级别下，/etc/rc.d/rc这个脚本会分别执行不同目录下的脚本

Run level 0 – /etc/rc.d/rc0.d/
Run level 1 – /etc/rc.d/rc1.d/
Run level 2 – /etc/rc.d/rc2.d/
Run level 3 – /etc/rc.d/rc3.d/
Run level 4 – /etc/rc.d/rc4.d/
Run level 5 – /etc/rc.d/rc5.d/
Run level 6 – /etc/rc.d/rc6.d/

这些目录下的脚本只有K和S开头的文件，K开头的文件为开机需要执行关闭的服务，S开头的文件为开机需要执行开启的服务。