一文看懂Linux開機流程BIOS

timtxu 2019-10-18

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概述

Linux是一種自由和開放源代碼的類UNIX操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)的內核由林納斯·托瓦茲在1991年10月5日首次發(fā)布。在加上用戶空間的應用程序之后，成為Linux操作系統(tǒng)。Linux是自由軟件和開放源代碼軟件發(fā)展中最著名的例子。

下面簡單記錄一下Linux系統(tǒng)從開機到能使用的整個過程，以作備忘！

LINUX啟動流程

先通過一張圖來簡單了解下整個系統(tǒng)啟動的流程，整個過程基本可以分為POST-->BIOS-->MBR(GRUB)-->Kernel-->Init-->Runlevel。下面會詳細說明每個過程的作用。

BIOS

BIOS(Basic Input/Output System)，基本輸入輸出系統(tǒng)，該系統(tǒng)存儲于主板的ROM芯片上，計算機在開機時，會最先讀取該系統(tǒng)，然后會有一個加電自檢過程，這個過程其實就是檢查CPU和內存，計算機最基本的組成單元(控制器、運算器和存儲器)，還會檢查其他硬件，若沒有異常就開始加載BIOS程序到內存當中。詳細的BIOS功能，這邊就不說了，BIOS主要的一個功能就是存儲了磁盤的啟動順序，BIOS會按照啟動順序去查找第一個磁盤頭的MBR信息，并加載和執(zhí)行MBR中的Bootloader程序，若第一個磁盤不存在MBR，則會繼續(xù)查找第二個磁盤(PS：啟動順序可以在BIOS的界面中進行設置)，一旦BootLoader程序被檢測并加載內存中，BIOS就將控制權交接給了BootLoader程序。

MBR

MBR(Master Boot Record)，主引導記錄，MBR存儲于磁盤的頭部，大小為512bytes，其中，446bytes用于存儲BootLoader程序，64bytes用于存儲分區(qū)表信息，最后2bytes用于MBR的有效性檢查。

GRUB

GRUB(Grand Unified Bootloader)，多系統(tǒng)啟動程序，其執(zhí)行過程可分為三個步驟：

Stage1：這個其實就是MBR，它的主要工作就是查找并加載第二段Bootloader程序(stage2)，但系統(tǒng)在沒啟動時，MBR根本找不到文件系統(tǒng)，也就找不到stage2所存放的位置，因此，就有了stage1_5

Stage1_5：該步驟就是為了識別文件系統(tǒng)

Stage2：GRUB程序會根據(jù)/boot/grub/grub.conf文件查找Kernel的信息，然后開始加載Kernel程序，當Kernel程序被檢測并在加載到內存中，GRUB就將控制權交接給了Kernel程序。

PS：實際上這個步驟/boot還沒被掛載，GRUB直接識別grub所在磁盤的文件系統(tǒng)，所以實際上應該是/grub/grub.conf文件，該配置文件的信息如下：

grub.conf：

#boot=/dev/sdadefault=0 #設定默認啟動的title的編號，從0開始timeout=5 #等待用戶選擇的超時時間splashimage=(hd0,0)/boot/grub/splash.xpm.gz #GRUB的背景圖片hiddenmenu #隱藏菜單title CentOS (2.6.18-194.el5PAE) #內核標題root (hd0,0) #內核文件所在的設備kernel /vmlinuz-2.6.18-194.el5PAE ro root=LABEL=/ #內核文件路徑以及傳遞給內核的參數(shù)initrd /initrd-2.6.18-194.el5PAE.img #ramdisk文件路徑

Kernel

Kernel，內核，Kernel是Linux系統(tǒng)最主要的程序，實際上，Kernel的文件很小，只保留了最基本的模塊，并以壓縮的文件形式存儲在硬盤中，當GRUB將Kernel讀進內存，內存開始解壓縮內核文件。講內核啟動，應該先講下initrd這個文件，

initrd(Initial RAM Disk)，它在stage2這個步驟就被拷貝到了內存中，這個文件是在安裝系統(tǒng)時產生的，是一個臨時的根文件系統(tǒng)(rootfs)。因為Kernel為了精簡，只保留了最基本的模塊，因此，Kernel上并沒有各種硬件的驅動程序，也就無法識rootfs所在的設備，故產生了initrd這個文件，該文件裝載了必要的驅動模塊，當Kernel啟動時，可以從initrd文件中裝載驅動模塊，直到掛載真正的rootfs，然后將initrd從內存中移除。

Kernel會以只讀方式掛載根文件系統(tǒng)，當根文件系統(tǒng)被掛載后，開始裝載第一個進程(用戶空間的進程)，執(zhí)行/sbin/init，之后就將控制權交接給了init程序。

Init

init，初始化，顧名思義，該程序就是進行OS初始化操作，實際上是根據(jù)/etc/inittab(定義了系統(tǒng)默認運行級別)設定的動作進行腳本的執(zhí)行，第一個被執(zhí)行的腳本為/etc/rc.d/rc.sysinit，這個是真正的OS初始化腳本，簡單講下這個腳本的任務(可以去看看實際腳本，看看都做了什么)：

1、激活udev和selinux；

2、根據(jù)/etc/sysctl.conf文件，來設定內核參數(shù)；

3、設定系統(tǒng)時鐘；

4、裝載硬盤映射；

5、啟用交換分區(qū)；

6、設置主機名；

7、根文件系統(tǒng)檢測，并以讀寫方式重新掛載根文件系統(tǒng)；

8、激活RAID和LVM設備；

9、啟用磁盤配額；

10、根據(jù)/etc/fstab，檢查并掛載其他文件系統(tǒng)；

11、清理過期的鎖和PID文件

執(zhí)行完后，根據(jù)配置的啟動級別，執(zhí)行對應目錄底下的腳本，最后執(zhí)行/etc/rc.d/rc.local這個腳本，至此，系統(tǒng)啟動完成。