5. Linux系统启动简单剖析

• 本篇中假设计算机由硬盘启动

 

按下电源键，伴随着电流声和风扇的旋转声，系统开始启动。

首先BIOS( Basic Input Output System )中的信息会被读取，BIOS里面主要记录了主板芯片组以及相关硬件设置的信息。从BIOS中将获取系统启动的最重要的信息，那就是启动设备代号。读取完BIOS设置后，系统会根据BIOS的信息，进行POST自检（power on self test），在这个过程中主要进行硬件的初始化等操作，并确定启动设备。确定从硬盘启动之后，就要从硬盘中读取启动信息了。

对于硬盘来说，它有一块特殊的区域，这个区域是硬盘的“0柱面、0磁头、1扇区”，通常我们称他叫MBR（Master Boot Record）。在安装系统的时候，我们会将boot loader安装在这个区域。例如，Grub。进入MBR之后，Grub将引导Linux内核/boot/vmlinuz。内核文件将进驻内存，此时，内核开始测试各种硬件的驱动程序，如存储设备、CPU、网卡、声卡、显卡等。之后，系统将挂载文件系统。此处需要注意，最先被挂在的目录是/，而且是一只读的方式挂载的。另外，通常会创建一个叫做RAM Disk的虚拟硬盘来辅助系统启动（包括initrd、linuxrc）。在内核驱动等工作完成之后，这个虚拟硬盘将会被移除。当然，并不是每个linux系统启动的时候都要创建它。之后，操作系统开始启动。

系统启动后，第一个被启动的处理程序叫做init。每一个程序（进程）都有一个唯一的识别码，这个识别码叫做PID（Process ID）。因为init是系统中第一个启动的处理程序，所以他的PID是1（是所有其他进程的祖先进程）。init初始化系统后，会启动另外一个处理程序来开启终端并设置标准输入、标准输出、标准错误信息输出等数据流。这些都是和终端（terminal）连接在一起的。标准输入通常为键盘，标准输出和标准错误输出为屏幕。此刻，终端可以登录。

输入用户名后，系统会提示输入口令。此时，/bin/login程序将检查passwd文件来验证身份。在passwd的域中发现用户名后，锁码程序（encryption program）会验证口令的正确性。确认后login程序建立一个初始化环境，此环境是由定义工作环境的变量传到shell构成。从passwd的相应域中获取home、shell、user、和logname等变量。执行shell。启动的shell叫做登录shell。

shell启动后，先检查有系统管理者设置的系统初始化文件（/etc/profile 或/etc/.login），接着检查登录目录，执行相应的shell初始化文件（.profile .login .tcshrc .cshrc）。在这个过程中，可以设置系统变量和用户变量。全部执行好之后，shell启动完毕，等待用户命令。