第七周学习总结–系统启动流程

写在前面

作为一个理工科的你，我相信你一定给自己或者给别人装过windows操作系统，作为windows操作系统都图形化了，因此我们可能很难去了解中间都发生了什么。比如使用U盘安装的时候，网上一大堆某某某U盘制作系统工具，按照网上的教程，制作完成以后，就可以在要装系统的电脑上点击电源键狂按F12（不同的电脑可能不同）进入BIOS设置了，然后就等着使用了。作为学习另一个使用命令行的操作系统，我们有必要了解一下它的启动工作流程。

细说流程

Linux系统的启动流程主要分为以下几个主要步骤，POST –> BootSequence(BIOS) –> BootLoader（MBR）–> Kernel（ramdisk、ramfs）–> rootfs（readonly）–> /sbin/init。

• POST

按下主机电源键，主机会首先加载BIOS信息,主要负责检测系统外围关键设备（如：CPU、内存、显卡、I/O、键盘鼠标等）是否正常。如果硬件设备因为各自原因自检没有通过，则不会进行下一步启动，如果硬件设备没有问题，则转交给下一步执行启动。

• BootSequence

按次序查找BIOS中各引导设备，第一个有引导程序的设备即为本次启动要用到的设备。

• BootLoader

BootLoader称为引导加载器，位于磁盘中的MBR中，每个磁盘都有一个MBR，MBR是磁盘上的第一个扇区又叫做主引导扇区，是主机开机后访问磁盘时首先要读取的扇区，MBR扇区共有512个字节，其中的446个字节即存放bootloader，64个字节存放分区表，剩余的2字节存放校验信息。

在Linux中，BootLoader的具体实现是由grub程序实现的。grub分为三个阶段，第一个阶段存放于MBR中，第二个阶段也称为stage1.5阶段，存放于MBR之后的扇区，主要为第三阶段提供文件系统驱动。第三阶段也称为stage2阶段，存放于一个基本的磁盘分区上，主要是提供一个菜单，允许用户选择要启动的系统或不同的内核版本，把用户选定的内核装载到RAM（内存）中特点空间中，解压、展开，而后把整个系统控制权移交给内核，即完成把内核加载到内存空间中。

grub也有自己的配置文件/boot/grub/grub.conf，启动菜单就是通过读取此文件进行信息显示，文件大体如下图所示：

其中各配置参数：

1. default=#: 设定默认启动的菜单项顺序；菜单项(title)编号从0开始；
2. timeout=#：指定菜单项等待选项选择的超时时长；
3. splashimage=(hd#,#)/PATH/TO/XPM_PIC_FILE：指明菜单背景图片文件路径；
4. hiddenmenu：隐藏菜单；
5. title TITLE：定义菜单项“标题”, 可出现多次；
6. root (hd#,#)：grub查找stage2及kernel文件所在设备分区；为grub的“根”；
7. kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS]：启动的内核；
8. initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 内核匹配的ramfs文件；

此外还能对grub菜单及内核启动进行认证处理，在上面配置文件中加入password [–md5] STRING项即可，加在title之前表示需要对编辑菜单进行认证，加在title之后表示对内核进行认证，需要认证以后才能启动内核。

grub还有自己的命令行接口，启动系统时，敲击任意键进入grub命令行接口模式，在grub界面可以按照提示输入e、b、c进行相应的编辑，在对应的title输入c即可进入命令行模式，有如下常用选项：

1. help：获取帮助信息；
2. find ：文件查找，通常用于定位文件，find（hd#,#）;
3. root (hd#,#)：把哪一个磁盘分区设置为根;
4. kernel:设定本次启动时用到的内核文件;
5. initrd:设定为选定的内核提供额外文件的ramdisk;

所以也可以通过手动指定来启动内核，在grub界面通过上述介绍的参数，依次输入：

1. root (hd#,#)；
2. kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE  ro  root=/dev/DEVICE；
3. initrd /initramfs-VERSION-RELEASE.img；
4. boot；

来通过读取新指定的各参数启动内核。

• Kernel

在kernal阶段，主要是通过前面步骤加载到的内核完成自身的初始化:

1. 探测可识别到的所有硬件设备;
2. 加载硬件驱动程序（有可能会借助于ramdisk加载驱动）;
3. 以只读方式挂载根文件系统;
4. 运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

• rootfs

根切换，因为在内核加载阶段，系统有可能会借助ramdisk提供的一个简化版的根文件系统来提供驱动，完成后续步骤后ramdisk会加载真正的根文件系统，并把控制权移交给真正的根文件系统。

• /sbin/init

内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，该文件会读取/etc/inittab文件，设定Linux的运行级别并依据此来进行后续的初始化工作。

写在最后

今天的分享就到这里了，里面涉及到了Linux启动的一些基本流程，还特别提到了grub的两种实现方式，通过配置文件新增内核信息方式和grub命令行接口方式进行配置，如果我们熟知了Linux系统启动每步骤都需要什么文件，完成什么内容以后，我觉得配置都是很轻松的事情。实在没辙的话，不妨试试强大的搜索引擎，这也是学习的很好方法。