知識點36 Linux的啟動過程

1、Linux的啟動過程系統(tǒng)的引導(dǎo)和初始化是操作系統(tǒng)實現(xiàn)控制的第一步，對于Linux系統(tǒng)的啟動和初始化過程的理解就顯得非常重要。Linux系統(tǒng)的啟動與初始化過程主要包括了以下4個階段：（1） 計算機(jī)本身BIOS程序開機(jī)自檢（2） Linux引導(dǎo)程序運行（3） Linux內(nèi)核部分解壓縮裝載運行（4） Linux初始化進(jìn)程init運行啟動計算機(jī)并使其操作系統(tǒng)被加載的過程稱為引導(dǎo)。當(dāng)按下主機(jī)開關(guān)POWER鍵時，主機(jī)開始加電，系統(tǒng)開始被啟動，處理器將在相應(yīng)的位置執(zhí)行代碼。在PC上，這個位置處于基本輸入輸出系統(tǒng)中，也就是BIOS，它是被固化到主板閃存ROM中的已知程序。BIOS程序首先進(jìn)行POST（powe

2、r on self test）自檢, 檢測系統(tǒng)中一些關(guān)鍵設(shè)備是否存在和能否正常工作，例如內(nèi)存、顯卡及CPU類型和頻率等。隨后BIOS還將檢測系統(tǒng)中安裝的一些標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備，包括硬盤、CD-ROM、串口、并口、及插即用設(shè)備等，并顯示這些設(shè)備的相關(guān)信息。如果系統(tǒng)BIOS在進(jìn)行POST的過程中發(fā)現(xiàn)了一些致命錯誤，系統(tǒng)BIOS就會直接控制喇叭發(fā)聲來報告錯誤。在正常情況下，POST過程進(jìn)行得非?？欤瑤缀鯚o法感覺到它的存在?；緶y試通過之后，隨后系統(tǒng)BIOS的啟動代碼將根據(jù)用戶指定的啟動順序搜索引導(dǎo)分區(qū)上的引導(dǎo)程序。BIOS將讀取并執(zhí)行引導(dǎo)扇區(qū)中的主引導(dǎo)記錄，而主引導(dǎo)記錄將負(fù)責(zé)讀取并執(zhí)行一小段叫bootst

3、rap loader的程序。隨后，BIOS程序?qū)⒂嬎銠C(jī)的引導(dǎo)權(quán)完全交給了bootstrap loader程序執(zhí)行隨后的引導(dǎo)操作系統(tǒng)任務(wù)。通常主引導(dǎo)扇區(qū)位于磁盤的0柱面0磁頭第1個扇區(qū)。主引導(dǎo)扇區(qū)共512字節(jié)的內(nèi)容，由446字節(jié)的主引導(dǎo)記錄（MBR）和64字節(jié)的磁盤分區(qū)表（DPT）（如圖5-1所示），外加2個字節(jié)的標(biāo)志位共同組成。上面提到的bootstrap loader程序程序就被放置在主引導(dǎo)記錄中，Linux系統(tǒng)中的bootstrap loader被稱為grub或者lilo。DPTTTMBR主引導(dǎo)扇區(qū)512M主引導(dǎo)分區(qū)圖5-1 MBR和DPT第二階段bootstrap loader的引導(dǎo)程序

4、grub（或lilo）接管了啟動操作系統(tǒng)的任務(wù)，它負(fù)責(zé)從磁盤中讀入真正的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序并執(zhí)行隨后的啟動。引導(dǎo)程序主要提供以下功能：提供選項。用戶可以選擇不同的開機(jī)項目，這是多重引導(dǎo)的重要功能。載入內(nèi)核文件。直接指向可開機(jī)的程序區(qū)段來開始操作系統(tǒng)。轉(zhuǎn)交其他loader，將開機(jī)管理功能轉(zhuǎn)交給其他loader負(fù)責(zé)。grub程序一般位于/boot/grub目錄中，如圖5-2所示是一個標(biāo)準(zhǔn)的grub程序：圖5-2 grub程序文件前幾行帶有#是注釋部分，真正啟作用的是下面7行部分：（1） default=0定義了系統(tǒng)默認(rèn)啟動的操作系統(tǒng)；（2） timeout=0定義了默認(rèn)超時時間，也就是過10秒用戶不

5、選擇，則自動啟動默認(rèn)系統(tǒng)；（3） splashimage一行則定義了啟動時的背景圖片；（4） title 一行定義了啟動菜單及相關(guān)的根目錄位置、內(nèi)核文件及初始化的文件鏡像；（5） root一行定義了操作系統(tǒng)內(nèi)核和引導(dǎo)文件所在的磁盤分區(qū)。(hd0,0)表示第一塊硬盤的第一個分區(qū)，(hd0,2)表示第一塊硬盤的第3個分區(qū)，依次類推；（6） kernel一行定義了系統(tǒng)內(nèi)核及boot命令用到的參數(shù)；（7） initrd一行定義了系統(tǒng)引導(dǎo)程序。Linux系統(tǒng)中，由grub程序引導(dǎo)而開始讀入內(nèi)核文件后，接下來進(jìn)入到了第三階段的啟動，引導(dǎo)程序?qū)?nèi)核解壓縮到主存儲器當(dāng)中，并且利用內(nèi)核的功能，開始測試與驅(qū)動各個

6、周邊設(shè)備，包括存儲設(shè)備、CPU、網(wǎng)卡、聲卡等等。此時Linux內(nèi)核將會以自己的功能重新檢測一次硬件，而不一定會使用BIOS檢測到的硬件信息。內(nèi)核文件一般會被放置到/boot里面，并且取名為/boot/vmlinuz。 Linux內(nèi)核通過動態(tài)加載內(nèi)核模塊來提供加載驅(qū)動程序的功能。這些模塊放在/lib/modules/目錄內(nèi)。由于模塊放到磁盤根目錄內(nèi)，因此在開機(jī)過程中內(nèi)核必須要掛載根目錄。而且為了擔(dān)心影響到磁盤內(nèi)的文件系統(tǒng)，開機(jī)過程中根目錄是以只讀的方式來掛載的。Linux系統(tǒng)啟動進(jìn)入了第4階段，開始執(zhí)行第一個系統(tǒng)守護(hù)進(jìn)程init。init進(jìn)程是系統(tǒng)中所有進(jìn)程的父進(jìn)程，init進(jìn)程繁衍出通常操作所

7、需的子進(jìn)程，這些操作包括：設(shè)置計算機(jī)名、檢查和安裝磁盤文件系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)日志、配置網(wǎng)絡(luò)接口并啟動網(wǎng)絡(luò)和郵件服務(wù)，啟動打印服務(wù)等。Linux中init進(jìn)程的主要任務(wù)是按照inittab文件所提供的信息創(chuàng)建進(jìn)程，由于進(jìn)行系統(tǒng)初始化的那些進(jìn)程都由init創(chuàng)建，所以init進(jìn)程也稱為系統(tǒng)初始化進(jìn)程。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)核加載到內(nèi)存后，執(zhí)行一系列初始化工作，隨后執(zhí)行系統(tǒng)的第一個進(jìn)程init，其進(jìn)程號（PID）為1，是系統(tǒng)所有進(jìn)程的父進(jìn)程、即系統(tǒng)其他進(jìn)程都必須由init派生而來、接下來由進(jìn)程繼續(xù)啟動：讀取系統(tǒng)配置文件/etc/inittab中的信息：inittab中的信息內(nèi)容大致如圖5-3所示：圖5-3 inittab中的信息內(nèi)容其中最后一行中的id:5指示了系統(tǒng)默認(rèn)啟動的運行級別。Linux提供了7種運行級別： 運行級別功能說明0系統(tǒng)停機(jī)