Linux系统启动过程

Linux系统启动过程

 

Linux系统从用户打开电源直到屏幕出现命令行提示符是一个很复杂的过程，其中要加载很多硬件信息与系统文件，下面就以RHEL5.X在x86平台上面的运行为例，进行分析linux启动过程。

 

启动第一步－－加载BIOS

BIOS是英文"Basic Input Output System"的缩略语，直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统"。其实，它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。 其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。

当你打开计算机电源，计算机会首先加载BIOS信息，BIOS信息是如此的重要，以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后，计算机心里就有谱了，知道应该去读取哪个硬件设备了。

启动第二步－－读取MBR

众所周知，硬盘上第0磁道（最靠近圆心）第一个扇区被称为MBR，也就是Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是512字节（每个扇区都可以存放512个字节信息），别看地方不大，可里面却存放了预启动信息、分区表信息。

系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后，就会将其复制到0×7c00地址所在的物理内存中。其实被复制到物理内存的内容就是Boot Loader，而具体到你的电脑，那就是lilo或者grub了。
在/boot/grub/ 我们会看到有两个文件stage1,stage2,基中stage1是512字节，stage2就比较大了，其实这一步启动的过程是这样：MBR->stage1->stage2->boot loader,stage1是存放在MBR中的，因为stage2较大，无法存放在只能存放512字节的第一个扇区中，所以只能以文件系统的格式存放。由stage1来引导加载stage2。
对于RHEL，boot loader就是grub。

启动第三步－－Boot Loader

Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好一切准备。
Boot Loader有若干种，其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的Loader。
系统读取内存中的grub配置信息（一般为menu.lst或grub.lst），并依照此配置信息来启动不同的操作系统。
在linux下/boot/grub/下，有menu.lst 。grub.conf为menu.lst的软链接。此文件内容如下：default=0
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title Red Hat Enterprise Linux Server (2.6.18-164.el5)
        root (hd0,0)
        kernel /vmlinuz-2.6.18-164.el5 ro root=LABEL=/ rhgb quiet
        initrd /initrd-2.6.18-164.el5.img

启动第四步－－加载内核

根据grub设定的内核映像所在路径，系统读取内存映像，并进行解压缩操作。此时，屏幕一般会输出“Uncompressing Linux”的提示。当解压缩内核完成后，屏幕输出“OK, booting the kernel”。

系统将解压后的内核放置在内存之中，并调用start_kernel()函数来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备，完成Linux核心环境的建立。至此，Linux内核已经建立起来了，基于Linux的程序应该可以正常运行了。

启动第五步－－用户层init依据inittab文件来设定运行等级

内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，该文件会读取/etc/inittab文件，并依据此文件来进行初始化工作。

其实/etc/inittab文件最主要的作用就是设定Linux的运行等级，其设定形式是“：id:5:initdefault:”，这就表明Linux需要运行在等级5上。Linux的运行等级设定如下：

0：关机

1：单用户模式（单用户模式最重要的作用是修复系统或进行密码遗忘后的修改）

2：无网络支持的多用户模式

3：有网络支持的多用户模式（一般作为服务器的linux系统，运行在此级别在，用命令行操作，节省了对内存的使用）

4：保留，未使用

5：有网络支持有X-Window支持的多用户模式

6：重新引导系统，即重启

关于/etc/inittab文件的学问，其实还有很多。

启动第六步－－init进程执行rc.sysinit

在设定了运行等级后，Linux系统执行的第一个用户层文件就是/etc/rc.d/rc.sysinit脚本程序，它做的工作非常多，包括设定PATH、设定网络配置（/etc/sysconfig/network）、启动swap分区、设定/proc等等。如果有兴趣，可以到/etc/rc.d中查看一下rc.sysinit文件。

启动第七步－－启动内核模块

具体是依据/etc/modprobe.conf文件或/etc/modprobe.d(有的linux版本在/etc/modules.conf)目录下的文件来装载内核模块。
在此配置文件中只是配置有需要开机就要加载的模块，比如网卡驱动和硬盘驱动，如下：
# vim /etc/modprobe.conf
alias scsi_hostadapter mptbase
alias scsi_hostadapter1 mptspi
alias scsi_hostadapter2 ata_piix
alias eth0 pcnet32
alias eth1 pcnet32

启动第八步－－执行不同运行级别的脚本程序

根据运行级别的不同，系统会运行rc0.d到rc6.d中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。脚本所在位置/etc/rc.d/
在此目录下有两大类文件，一类是以K开头，另一类以S开头。K开头表示当运行当前级别的时候先kill掉此服务，意思为此级别下不自动启动该服务；S开头的表示当运行当前级别的时候先启动此服务。下面以vsftpd服务为例说明：
默认状态下在/etc/rc.d/rc3.d/是以K50vsftpd存在，查看级别下状态：
# chkconfig --list | grep vsftpd
vsftpd            0:关闭    1:关闭    2:关闭    3:关闭    4:关闭    5:关闭    6:关闭
修改级别下状态并查看：
# chkconfig --level 3 vsftpd on
# chkconfig --list | grep vsftpd
vsftpd            0:关闭    1:关闭    2:关闭    3:启用    4:关闭    5:关闭    6:关闭
再查看/etc/rc.d/rc3.d/下vsftpd的文件变为：S60vsftpd

启动第九步－－执行/etc/rc.d/rc.local

你如果打开了此文件，里面有一句话，读过之后，你就会对此命令的作用一目了然：

# This script will be executed *after* all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don’t
# want to do the full Sys V style init stuff.

rc.local就是在一切初始化工作后，Linux留给用户进行个性化的地方。你可以把你想设置和启动的东西放到这里。
此文件在/etc/rc.local有软链，服务器上常会用到，比如设置开机启动nginx服务：
在/etc/rc.local下追加下面一句：
/usr/local/nginx/sbin/nginx

启动第十步－－执行/bin/login程序，进入登录状态

此时，系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了，你已经可以用自己的帐号登入系统了。