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详解linux系统的启动过程及系统初始化 zz

2013年8月3日 baoz 阅读评论
今天和朋友聊到linux引导的过程,颠覆了我以前的一些认知,他推荐这个讲linux引导的文章给我,收藏分享之。
说点题外话:
最近有朋友给我科普了一些知识产权的法律知识和实操经验(衷心感谢这位哥们)。
虽然51cto的文章版权声明让人看着不大舒服(追究法律责任),但还是可以理解的(对内容声明并执行保护,这是法律条文的要求),只是真的会用吗?如果不会用,搞这么扎眼的文字目的是啥呢?转载者绝对不会因为害怕被追究法律责任而添加你的版权信息。
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一、linux系统的启动流程

关于linux系统的启动流程我们可以按步进行划分为如下:

POST 加电自检–>BIOS(Boot Sequence)–>加载对应引导上的MBR(bootloader)–>主引导设置加载其 BootLoader–>Kernel初始化–>initrd—>/etc/init进程加载/etc/inittab,其进程流 程图如下:

图像 148

二、剖析详细启动过程

⑴、

  1. POST开机自检:电脑主机打开电源的时候,随后会听到滴的一声,系统启动开始了开机自检(POST-power on self
  2. test)自检开始),这个过程中主要是检测计算机硬件设备比如:CPU,内存,主板,显卡,CMOS等设备是否有故障存
  3. 在,如果有硬件故障的话将按两种情况理:对于严重故障(致命性故障)则停机,此时由于各种初始化操作还没完成,
  4. 不能给出任何提示或信号;对于非严重故障则给出提示或声音报警信号,等待用户处理),如果没有故障,POST完整自己
  5. 的接力任务,将尾部工作交接给BIOS处理。

⑵、

  1. BIOS:计算机加电自检完成后第一个读取的地方就是就是BIOS(Basic Input Output System,基础输入输出系统)
  2. ,BIOS里面记录了主机板的芯片集与相关设置,如CPU与接口设备的通信频率、启动设备的搜索顺序、硬盘的大小与
  3. 类型、系统时间、外部总线、各种接口设备的I/O地址、已经与CPU通信的IRQ中断信息,所以,启动如果要顺利启动,
  4. 首先要读取BIOS设置。

⑶、

  1. 按照BIOS所设定的系统启动流程,如果检测通过,则根据引导次序(Boot Sequence)开始在第一台设备上支持启动
  2. 程序,我们的启动设备主要包括硬盘、USB、SD等,我们一般用的是硬盘,然后进行读取第一个设备就是硬盘,第一个
  3. 要读去的就是该硬盘的主引导记录MBR(Master Boot Record),然后系统可以根据启动区安装的
  4. 引导加载程序(Boot Loader)开始执行核心识别的工作。【在此插一句:MBR程序只是找到只是硬盘分区内最前面
  5. 的446个字节的Boot Loader】然后查找相关配置和定义。

⑷、

  1. Boot Loader 加载Grub程序
  2.     在这个过程中主要靠Grub的引导开始的,Grub分为连个阶段:
  3.      stage1:主要是Boot loader
  4.      stage 1.5:过渡
  5.     stage2:主要是/boot/grub

图像 149

通过上面我们可以发现linux的内核VMLnuz,grub、initrd都在/boot目录下

图像 150

在/boot/grub/下面我们看到了熟悉的stage1,stage2及grub工具的配置文件  grub.conf,那么grub.conf内都定义了什么呐??

图像 151

⑸、Kernel

 

  1. 根据Grub内的定义,grub读取完毕后就把下面的工作交个内核了。kernel主要是完成系统硬件探测及硬件驱动的初始
  2. 化,并且以读写的方式挂载根文件系统(根切换),那么这里就出现了一个“先有鸡还是先有蛋的文件了”,具体是什么
  3. 那?
  4.      要想访问真正的根文件系统(rootfs)的话,就必须加载根文件系统中的设备,这时根文件系统又没有挂载,
  5. 要挂载根文件系统又得加载根文件系统中的驱动程序,哪怎么办呢?为了解决这个问题,这是就用到了initrd文件了。
  6. 在来说下kernel初始化所要工作的内容做下简单总结:
  7.       探测硬件->加载驱动(initrd)->挂载根文件系统->rootfs(/sbin/init)

⑹、

  1. 到此止内核空间的相关工作已经完成,内核空间的任务开始向用户空间转移,内核空间通过一个间接的initrd(微型
  2. linux)向用户空间的/sbin/init过度,所以gurb开始引导内核转向initrd。
  3.     initrd:一个虚拟的文件系统,里面有lib、bin、sbin、usr、proc、sys、var、dev、boot等一些目录,
  4. 其实你会发现里面的目录有点像真的/对吧,所以我们称之为虚拟的根文件系统,作用就是将kernel和真的根文件系统
  5. 建立关联关系,让kernel去initrd中加载根文件系统所需要的驱动程序,并以读写的方式挂载根文件系统,并让执行
  6. 用户当中第一个进程init。

图像 152

下面我们看下init脚本内的内容:

图像 153

 

图像 154

图像 155

从上面的脚本内容我们可以看到init进程的主要工作:

 

  1. 挂载 :将initrd中的/proc, /sys  /dev 挂载到当前的主分区中的相应目录
  2. 创建目录:/dev/mapper
  3. 通过mknod完成block or character special files的创建
  4. 相关模块的挂载
  5. 创建root设备
  6. 挂载 /sysroot
  7. 最后完成根切换

⑺、init执行完毕以后会启动系统内的/etc/inittab文件,来完成系统系统的初始化工作。下面我们来介绍一下inittab这个配置文件内的详细内容

图像 156

图像 157

 

各个级别的定义:

默认运行级别

  1. 0:halt                      //关机
  2. 1: single user mode    //单用户维护模式)
  3. 2:multi user mode, without NFS  //不支持NFS功能
  4. 3: multi user mode, text mode     //字符界面
  5. 4:reserved   //系统保留
  6. 5: multi user mode, graphic mode   //图形化界面
  7. 6: reboot   //重启

/etc/inittab格式及语法(:)

  1. [选项]:[runlevel]:[行为]:[命令]
  2. 行为:
  3.                   initdefault:代表默认运行级别
  4.                   sysinit:代表系统初始化操作选项
  5.                   ctrlaltdel:代表重启的相关设置
  6.                   wait:代表上一个命令执行结束后方可执行下面的操作
  7.                   respawn:代表后面字段可以无限制再生(reboot)
  8. 命令选项
  9.               一些命令,不过通常都是脚本

 

下面说下inittab内定义的初始化脚本:rc.sysinit  –/etc/rc.d/rc.sysinit

图像 158

图像 159

 

 

  1. 如上图所示:rc.sysinit脚本内定义了一些与系统初始化的定义
  2. 设定主机名
  3. 检测并挂载/etc/fstab中其他文件系统
  4. 启动swap分区
  5. /etc/sysctl.conf设定内核参数
  6. 装载键映射–>键盘上每个键的功能
  7. 然后根据系统运行级别运行相关的服务脚本:/etc/rc.d/init.d/脚本和/etc/rc.d/rc#d

图像 161

 

  1. rc0-rc6目录下脚本:
  2. K*     ##只要是以K开头的文件均执行stop工作
  3. S*     ##只要是以S开头的文件均执行start工作
  4. 0-99  (执行次序,数字越小越先被执行)
  5. 用户自定义开机启动程序(/etc/rc.d/rc.local)
  6. 可以根据自己的需求将一些执行命令或是脚本写到/etc/rc.d/rc.local里,当开机时,就可以加载啦

三、总结

系统初始化的大致内容总结如下:

 

  1. 硬件的初始化,图像界面启动的初始化(如果设置了默认启动基本)
  2. 主机RAID的设置初始化,device mapper 及相关的初始化,
  3. 检测根文件系统,以只读方式挂载
  4. 激活udev和selinux
  5. 设置内核参数 /etc/sysctl.conf
  6. 设置系统时钟
  7. 启用交换分区,设置主机名
  8. 加载键盘映射
  9. 激活RAID和LVM逻辑卷
  10. 挂载额外的文件系统 /etc/fstab
  11. 最后根据mingetty程序调用login让用户登录->用户登录(完成系统启动)
  12. 在系统启动过程中主要的脚本和目录有:
  13. boot
  14. /grub
  15. /boot/grub/grub.conf
  16. /boot/initrd+内核版本
  17. /initrd文件中的/proc/  /sys/    /dev/ 目录的挂载 及根的切换
  18. /etc/inittab  脚本
  19. /etc/rc.d/rc.sysinit  脚本 等

 

这些重要的脚本和目录,还有其他重要的目录和文件,脚本等。由此篇我们可以详细了解linux系统的启动和初始化过程,然后我们可以根据linux系统启动的过程和所用到的命令自己动手DIY一个微型linux系统,关于“DIY微型linux系统”会再后两至三天内发表博文,到时候我们在一起探讨探讨linux系统的组成部分等更详细的相关

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