Linux服务器启动过程详解

（1） 从BIOS到内核

    BIOS自检

    计算机在接通电源之后首先由BIOS进行自检，即进行所谓的POST（Power OnSelf 
Test）， 然后依据BIOS内设置的引导顺序从、软盘或CDROM中读入“引导块”。 在 PC 中，引导 是从 BIOS 中的地址 0xFFFF0 处开始的。BIOS 的第一个步骤是加电自检（POST）。POST 的工作是对硬件进行检测。BIOS 的第二个步骤是进行本地设备的枚举和初始化。给定 BIOS 功能的不同用法之后，BIOS 由两部分组成：POST 代码和运行时服务。当 POST 完成之后，它被从内存中清理了出来，但是 BIOS 运行时服务依然保留在内存中，目标可以使用这些服务。

    要引导一个操作系统，BIOS 运行时会按照 CMOS 的设置定义的顺序来搜索处于活动状态并且可以引导的设备。引导设备可以是软盘、CD-ROM、硬盘上的某个分区、网络上的某个设备，甚至是 USB 闪存。通常，Linux 都是从硬盘上引导的，其中主引导记录（MBR）中包含主引导加载程序。MBR 是一个 512 字节大小的扇区，位于磁盘上的第一个扇区中（0 道 0 柱面 1 扇区）。当 MBR 被加载到 RAM 中之后，BIOS 就会将控制权交给 MBR。

    提取 MBR 的信息

    要查看 MBR 的内容，请使用下面的命令：

    # dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1 # od -xa mbr.bin

    这个 dd 命令需要以 root 用户的身份运行，它从 /dev/hda（第一个 IDE 盘） 上读取前 512 个字节的内容，并将其写入 mbr.bin 文件中。od 命令会以十六进制和 ASCII 码格式打印这个二进制文件的内容。
  （2）启动GRUB/LILO

    GRUB和LILO都是引导加载程序。最简单地 讲，引导加载程序（boot loader） 会引导操作系统。当机器引导它的操作系统时，BIOS 会读取引导介质上最前面的 512 字节（即人们所知的 主引导记录（master boot record，MBR））。在单一的 MBR 中只能一个操作系统的引导记录，所以当需要多个操作系统时就会出现问题。所以需要更灵活的引导加载程序。

    GRUB 与 LILO 的比较

    如本文开始处所述，所有引导加载程序都以类似的方式工作，满足共同的目的。不过，LILO 和 GRUB 之间有很多不同之处：

• LILO 没有交互式命令界面，而 GRUB 拥有。 
• LILO 不支持网络引导，而 GRUB 支持。 
• LILO 将关于可以引导的操作系统位置的信息物理上存储在 MBR 中。如果修改了 LILO 配置文件，必须将 LILO 第一阶段引导加载程序重写到 MBR。相对于 GRUB，这是一个更为危险的选择，因为错误配置的 MBR 可能会让系统无法引导。使用 GRUB，如果配置文件配置错误，则只是默认转到 GRUB 命令行界面。

    安全提示：

    关于安全性，任何可以接触到引导磁盘/CD 的人，只需要使用没有设置安全性的 grub.conf 或 lilo.conf，就可以绕过本文中提及的所有安全措施。特别是使用 GRUB 时，因为能够引导到单用户模式，所以是一个严重的安全漏洞。解决此问题的一个简单方法是在机器的 BIOS 中禁止通过 CD 和软盘进行引导，并确保为 BIOS 设置了一个口令，使得其他人不能修改这些设置。
   （3）加载内核

    当内核映像被加载到内存之后，内核阶段就开始了。 内核映像并不是一个可执行的内核，而是一个压缩过的内核映像。通常它是一个 zImage（压缩映像，小于 512KB）或一个 bzImage（较大的压缩映像，大于 512KB），它是提前使用 zlib 进行压缩过的。在这个内核映像前面是一个例程，它实现少量硬件设置，并对内核映像中包含的内核进行解压，然后将其放入高端内存中，如果有初始 RAM 磁盘映像，就会将它移动到内存中，并标明以后使用。然后该例程会调用内核，并开始启动内核引导的过程。

    GRUB 中的手工引导

    在 GRUB 命令行中，我们可以使用 initrd 映像引导一个特定的内核，方法如下：

    grub> kernel /bzImage-2.6.14.2
   [Linux-bzImage, setup=0x1400, size=0x29672e]

    grub> initrd /initrd-2.6.14.2.img
   [Linux-initrd @ 0x5f13000, 0xcc199 bytes]

    grub> boot

    Uncompressing Linux... Ok, booting the kernel.
如果您不知道要引导的内核的名称，只需使用斜线（/）然后按下 Tab 键即可。GRUB 会显示内核和 initrd 映像列表。
   （4）执行init进程

    init进程是系统所有进程的起点，内核在完成核内引导以后，即在本线程（进程）空间内加载init程序，它的进程号是1。init进程是所有进程的发起 者和控制者。因为在任何基于的系统（比如Linux）中，它都是第一个运行的进程，所以init进程的编号（Process ID，PID）永远是1。如果init出现了问题，系统的其余部分也就随之而垮掉了。

    init进程有两个作用。第一个作用是扮演终结父进程的角色。因为init进程永远不会被终止，所以系统总是可以确信它的存在，并在必要的时候以它为参 照。如果某个进程在它衍生出来的全部子进程结束之前被终止，就会出现必须以init为参照的情况。此时那些失去了父进程的子进程就都会以init作为它们 的父进程。快速执行一下ps -af 命令，可以列出许多父进程ID（Parent Process ID，PPID）为1的进程来。

    init的第二个角色是在进入某个特定的运行级别（Runlevel）时运行相应的程序，以此对各种运行级别进行管理。它的这个作用是由/etc/inittab文件定义的。

（5）通过/etc/inittab文件进行初始化

    init的工作是根据/etc/inittab来执行相应的脚本进行系统初始化，如设置键盘、字体， 装载模块，设置网络，等等。

    对于RedhatLinux来说，执行的顺序为： 

•  /etc/rc.d/rc.sysinit            # 由init执行的第一个脚本
  /etc/rc.d/rc.sysinit主要做在各个运行模式中相同的初始化工作，包括：
    设置初始的$PATH变量。
  配置网络。
  为启动交换。
  设置系统的主机名。
  检查root文件系统，以进行必要的修复。
  检查root文件系统的配额。
  为root文件系统打开用户和组的配额。
  以读/写的方式重新装载root文件系统。
  清除被装载的文件系统表/etc/mtab。
  把root文件系统输入到mtab。
  使系统为装入模块做准备。
  查找模块的相关文件。
  检查文件系统，以进行必要的修复。
  加载所有其他文件系统。
  清除几个/etc文件：/etc/mtab、/etc/fastboot和/etc/nologin。
  删除UUCP的lock文件。
  删除过时的子系统文件。
  删除过时的pid文件。
  设置系统时钟。
  打开交换。
  初始化串行端口。
  装入模块。
  
• /etc/rc.d/rcX.d/[KS]
  
      首先终止“K”开头的服务，然后启动“S”开头的服务。
  
       对每一个运行级别来说，在/etc/rc.d子目录中都有一个对应的下级目录。这些运行级别的下级子目录的命名方法是rcX.d，其中的X就是代表运行级 别的数字。比如说，运行级别3的全部命令脚本程序都保存在/etc/rc.d/rc3.d子目录中。在各个运行级别的子目录中，都建立有到 /etc/rc.d/init.d子目录中命令脚本程序的符号链接，但是，这些符号链接并不使用命令脚本程序在 /etc/rc.d/init.d子目录中原来的名字。如果命令脚本程序是用来启动一个服务的，其符号链接的名字就以字母S打头；如果命令脚本程序是用来 关闭一个服务的，其符号链接的名字就以字母K打头。许多情况下，这些命令脚本程序的执行顺序都很重要。如果没有先配置网络接口，就没有办法使用DNS服务 解析主机名！为了安排它们的执行顺序，在字母S或者 K的后面紧跟着一个两位数字，数值小的在数值大的前面执行。比如：/etc/rc.d/rc3.d/S50inet就会在 /etc/rc.d/rc3.d/S55named之前执行。存放在/etc/rc.d/init.d子目录中的、被符号链接上的命令脚本程序是真正的实 干家，是它们完成了启动或者停止各种服务的操作过程。当 /etc/rc.d/rc运行通过每个特定的运行级别子目录的时候，它会根据数字的顺序依次调用各个命令脚本程序执行。它先运行以字母K打头的命令脚本程 序，然后再运行以字母S打头的命令脚本程序。对以字母K打头的命令脚本程序来说，会传递Stop参数；类似地对以字母S打头的命令脚本程序来说，会传递 Start参数。
  
• 执行/etc/ec.d/rc.local
  Redhat Linux中的运行模式2、3、5都把/etc/rc.d/rc.local做为初始化脚本中的最后一个，所以用户可以自己在这个文件中添加一些需要在其 他初始化工作之后，登录之前执行的命令。在维护Linux系统运转的日子里，肯定会遇到需要员对开机或者关机命令脚本进行修改的情况。如果所做的 修改只在引导开机的时候起作用，并且改动不大的话，可以考虑简单地编辑一下/etc/rc.d/rc.local脚本。这个命令脚本程序是在引导过程的最 后一步被执行的。
  
• 执行  /bin/login 程式    
             
    login 程序会提示使用者需输入账号及密码, 接着编码并确认密码的正确性, 若二者相合, 则为使用者进行初始化环境, 并将控制权交给 shell，即等待用户登录。
  多次为止Linux启动过程全部结束。
  

    最后笔者使用图1解释全部过程。
 

图1 Linux启动流程

    总结：与 Linux 本身非常类似，Linux 的启动引导过程也非常灵活，可以支持众多的处理器和硬件平台。LILO 引导加载程序对引导能力进行了扩充，但是它却缺少文件系统的感知能力。最新一代的引导加载程序，例如 GRUB将更加灵活。