linux学习之路之开机流程

linux开机启动流程

在系统刚启动时，系统会主动的读取BIOS加载硬件信息以及进行硬件自我检测，并根据其中设定的取得第一个开机装置的MBR（主要启动记录区）中的boot loader（开机管理程序，例如grub）,然后开机管理程序就可以加载内核到内存当中解压缩并执行，此时内核就可以在内存中运行起来了。然后内核会去侦测所有硬件，如果不能识别某些硬件就需要加载硬件驱动程序来挂载根文件系统。此时内核就可以运行第一种程序init呢，等到init这只程序运行完毕后，整个linux运行环境已经准备完毕，只等待用户登入了。

可以将linux启动的流程分为如下几部：

1、读取BIOS加载硬件信息并进行自我检测

2、读取第一个可开机装置中MBR中的boot loader。

3、boot loader加载内核到内存当中解压缩并运行

4、内核侦测所有硬件信息，并加载相关硬件驱动程序来挂载根文件系统

5、运行/sbin/init这个程序，来管理用户空间的所有进程或服务

6、init这个程序运行完毕后，等待用户登入。

内核的设计风格

单内核：这种设计的内核是将许多模块直接编译到内核，因此该设计的内核容量比较大

微内核：这种设计的内核将许多的子功能设计成模块，所以当系统需要哪种功能是只需要加载相关的模块

        就可以了，因此这种设计的内核容量比较小。

而在kernel中的模块叫做kernel object(ko)

在由RedHat、SuSE设计的内核中是由核心和模块组成的，该核心可以加载内核模块完成相应功能。

我们知道内核要访问根文件系统才能访问磁盘上的/sbin/init这个程序，而要想访问根文件系统，那么根文件系统必须要挂载后才可以访问，而根文件系统的挂载就需要kernel来加载硬件驱动程序来识别磁盘，从而完成根文件系统的挂载。

一般说来，我们的硬件驱动程序或者其他功能模块是放在/lib/modules/`uname -r`/kernel/目录下的，所以这个驱动程序也是存放在磁盘上的，而kernel有无法识别硬盘，那么又如何加载相应的驱动程序呢？

这时候我们就需要借助initrd这个程序了。boot loader可以将这个文件加载到内存当中解压缩仿真成一个根目录，形成一个虚拟文件系统（ramdisk）。这个虚拟文件系统中包含了开机所需要的相关模块。通常这些模块是USB、RAID、LVM、SCSI等文件系统与磁盘接口的驱动程序。因此内核就可以加载这些相关模块，释放虚拟文件系统，从而能够识别磁盘。来实际完成根文件系统的挂载。根文件系统挂载后，那么kernel就可以重新运行/sbin/init这个程序了，完成用户空间的进程初始化。

在RHEL 5中虚拟文件系统使用initrd这个程序形成的

在RHEL 6中虚拟文件系统是由initramfs形成的

从上面启动的过程中我们发现，linux的内核是通过开机管理程序（boot loader）来加载到内存中执行的。如果没有boot loader内核是无法被加载到内存当中，那么系统也就无法运行起来。所以boot loader就是整个系统启动过程中最重要的程序。目前最主流的boot loader就是grub这个程序了。

那么grub是如何完成内核加载的呢？

grub完成内核加载可分为2个阶段：

第一阶段：主要执行boot loader的主程序，这个程序放在MBR中

第二阶段：boot loader加载主要配置文件，这个配置文件为/boot/grub/grub.conf

其中主要包括的信息如下：

default=0:设定默认启动的title编号，从0开始

timeout=5：等待用户的超时时长（如果没有按键盘的话），单位为秒

splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xmp.gz

hiddenmenu:隐藏选单菜单

title Red Hat Enterprise Linux Server (2.6.18-308.el5):内核标题或者操作系统名称，可以自由修改

    root（hd0,0） #表示内核所在的设备，对于grub而言，所有类型的硬盘一律为hd，所以设备格式为

                   hd(#,N),其中#表示第几个硬盘，最后的N表示这个磁盘上的第几个分区。默认数字都

                   是从0开始的。

    kernel  /vmlinuz-2.6.18-308.el5 ro root=LABLE=/ rhgb quiet  #内核文件所在的路径，以及传递

            给内核的参数；如果/boot没有独立分区，那么此时的路径为/boot/vmlinuz*  

    initrd /initrd-2.6.28-308-el5.img    #ramdisk文件路径

其中2.6.18-308.el5为内核版本，可以使用uname -r来查看

在/proc目录下，有一个文件叫做cmdline这个文件是用来保存kernel的参数的。

而在/pooc/目录下的每一个进程目录下，也有一个cmdline文件，这个文件是该进程启动时执行的命令。

init的配置文件为/etc/inittab

其中每一部分的信息表示的意思为：

id:3:initdefault:  #表示该系统默认运行的等级为3

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit  #表示系统初始化

    /etc/rc.d/rc.sysinit主要完成的任务包括如下几部分：

            1、激活udev和selinux

            2、根据/etc/sysctl.conf来设置内核参数

            3、设置时钟

            4、装载键盘映射

            5、启动交换分区

            6、设定主机名

            7、进行根文件系统检测，并以读写方式创新挂载

            8、激活RAID和LVM设备

            9、启动磁盘配额

            10、根据/etc/fstab来挂载其他文件系统

            11、清理过期的锁和PID文件

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

#这里的每一行可以使用id:runlevels:action:process来表示

#这里的每一行都是用冒号来分成四段的，每一段表示的意思为：

第一段表示运行等级的id

第二段表示系统运行的等级

第三段表示系统在什么情况下要执行此行

第四段表示系统运作的程序，通常都是一些脚本

其中action（第三段信息）可以有这些：

        initdefault：设定默认运行级别

        sysinit：执行系统初始化

        wait:等待级别切换到此级别时执行

        respawn:一旦程序终止会立即重新启动

其中/etc/rc.d/rc 3表示在某个级别下要执行的脚本的信息，后面的数字[0-6],表示运行这个脚本时的参数，也就是$1.

以/etc/rc.d/rc 3为例来说明：通过$1也就是3来取得要执行的脚本目录，即/etc/rc$1.d/

(这里是/etc/rc3.d/)这个目录，这个目录下存放着许多的K*和S*文件。

在切换到指定的级别下时，K*文件先关闭，然后在启动S*文件，这些文件都是系统服务，且也是链接文件，真正的服务文件存在/etc/init.d/或者/etc/rc.d/init.d/这个目录下。

每个文件由两位数字##组成，这个数字表示的是服务启动或关闭的优先顺序，数字越小，越优先选定。  

 其中/etc/rc.local是一个脚本文件，是在系统最后才执行的一个文件                    

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