linux 启动流程详解

今天我来说一说重量级的知识，开机启动流程。
首先我说明一下，我们的根文件系统是挂载在LVM设备上的。
那我先以一个简单的图示来说明一下

 

1.BIOS加电自检，加载硬件信息与进行自我测试，并依据取得第一个可启动的设备；
2.读取并执行第一个启动设备内的MBR的前446字节的Bootloader（grub程序）
3.boot loader加载内核到内存中，内核解压缩并搜索虚拟文件系统（InitialRAM Disk），然后以只读的方式挂载根文件系统。kernel开始检测硬件与加载驱动程序
4.内核加载完成后，就会调用系统的第一个进程/sbin/init，并在其配置文件/etc/inittab的协助下执行操作
5.执行/etc/rc.d/rc.local文件，开机启动后执行的最后一个文件，是用户自定义的文件。
6.最后执行终端模拟程序mingetty来启动login进程，提示用户登录

下面我来说一说其中具体的细节：

先来说一说Boot loader
Boot loader：安装操作系统时，装进MBR。有两款比较著名的程序：
             LILO（LInux LOader）,内核的分区必须在1024之前，不支持大硬盘
             GRUB（GRand Unified Bootloader）,把自己分成两段，其实作用很明显，第一段放在446字节里，为了引导第二段。第二段则放在分区/boot/grub/里，此目录下有grub的配置文件grub.conf (grub是在grub.conf的支配下运行的)

grub的功能：
 1.能够实现启动哪个操作系统
 2.grub的编辑模式可以直接向内核传递参数。
 3.加密保护功能

grub 的配置文件grub.conf
格式如下所示：
default=0    ，默认启动第一个title
timeout=5    ，设置超时时间
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz ，显示的背景图片
hiddenmenu   ，启动时不显示菜单
title mylinux ，title名称
        root (hd0,0)
        kernel /vmlinuz-2.6.18-238.el5
        initrd /initrd-2.6.18-238.el5.img

root (hd0,0) ,root 表示用于定义你的grub的第二阶段用到的一些文件包括配置文件和kernel文件所在的分区的，(hd0,0)表示的是第一块硬盘的第一个主分区。grub不管你是什么硬盘，都叫hd，第一块硬盘hd0，第一个分区0 ，表示为(hd0,0)

kernel：
 存放位置：/boot/vmlinuz-2.6.18-238.el5
 内核必须放在基本磁盘分区上
 内核展开后，也得检查初始化。
 rootfs：根文件系统
    当kernel加载完成后，开始执行/sbin/init。/sbin/init在根文件系统上，根文件系统在另一个磁盘分区上，我们的内核必须能够读取该磁盘分区才能找到/sbin这个目录，我们的内核能直接读取到/sbin吗？能直接挂载根分区吗？很明显不能。要想能就必须得有根分区所在设备的驱动，因为我们使用的是LVM设备，而一般情况下LVM的驱动是不能做进内核的。那到底该怎么办？此时只能借助额外的工具，让系统实现自举过程。这就是initrd。initrd靠虚拟出一个根文件系统，让内核把它加载进来，提供让内核读取真正的根分区的驱动程序，通过只读方式来挂载根文件系统的。
    不过，并不是所有的启动都需要initrd。initrd是在当你的系统启动时无法挂载根目录的情况下，才发挥作用。例如你的设备是特殊的磁盘接口（USB，SATA,SCSI）,或者你使用LVM或RAID设备时，才会需要initrd。当你的linux是安装在IDE接口的磁盘上，并且文件系统类型是ext2或ext3，那么不需要initrd也能够顺利启动你的linux。
  
kernel的主要操作:
1.Device探测
2.驱动程序初始化
3.以只读方式加载根文件系统
4.启动init进程
这些信息记录在/var/log/dmesg,  记录了初始化过程中的所有信息

接下来，就到init了
init的配置文件：/etc/inittab
我们来看一下
id:3:initdefault:

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now

pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"

pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"

1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon
那我就来介绍一下：
格式为：id:runlevels:action:process

id：标识
runlevels： 主要指定默认启动级别
有哪些具体的action呢？
 respawn 表示重新启动
 wait    表示只在对应级别下启动一次
 initdefault  设定默认启动级别
 sysinit 定义系统的初始化过程 /etc/rc.d/rc.sysinit 
 ctrlaltdel 重启

 

那每一段具体都代表什么呢？那我就来介绍一下吧。

 

第一段：定义默认启动级别，也就是说你开机之后所进入的级别
 0：关机  halt，shutdown -h now
 1：单用户模式，s,S,single同样表示1级别。 单用户模式下不提供网络功能，此级别作用是当你忘记了root的密码时，你可以进入此级别，重新设置密码。当你开机启动进入菜单选项后，按字母e键之后，你会看到类似grub的配置文件的界面，然后选择kernel，再按字母e键，进入到grub的编辑模式，此时你在kernel这一行的后面输入1或s或S或single，都可以进入到1模式下，让后你就可以直接更改root的密码了。
 2：多用户模式 ，不提供NFS服务
 3：完全多用户模式，文本模式
 4：系统预留
 5：完全多用户模式，图形模式
 6：重启  reboot,shutdown -r now

 

第二段：运行初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit

/etc/rc.d/rc.sysinit此脚本的作用:
1.激活udev和selinux
2.通过读取/etc/sysctl.conf,来设置内核参数
3.设置系统时间
4.加载键盘映射
5.启用交换分区
6.设置主机名
7.检查根文件系统，如果没有错误将以读写方式重新挂载根文件系统
8.激活RAID和LVM设备
9.启用磁盘限额
10.挂载其他文件系统（/etc/fstab）
11.清理过时的文件锁和PID文件
你可以看到此阶段才能使用RAID和LVM设备，并以读写方式挂载根文件系统。现在你明白我们为什么要用initrd了吧，也明白了initrd的作用了吧。

 

第三段：运行指定级别下的脚本/etc/rc.d/rcn.d/--> /etc/rc.d/init.d/

在/etc/rc.d/rcn.d中，n表示0-6，分别表示0-6这七个级别下的各种服务。其实他们都是链接文件，原文件在/etc/rc.d/init.d/。你进入/etc/rc.d/rc3.d，查看里面的文件。你会发现他们都是以K和S开头的，这又代表什么呢？其实以K开头的文件就表示此服务是关闭的，那S就表示此服务是开启的。当你设定好级别之后，系统就会执行对应级别下的脚本了。

 

第四段：shift+ctrl+del，按这三个键就会重新启动

第五段：powerfail，当掉电时所采取的行动

第六段：powerokwait，当掉电之后，又立刻来电了，所采取的措施，取消关机

第七段：虚拟终端，6个虚拟终端，若你只想使用一个，那你就可以把其它的都注释掉。

第八段：图形终端，图形界面，当你设定为3级别后，就不会执行这一段了。