平臺：PC機, Ubuntu 5.10
基礎知識
BIOS (Basic I/O System，基本輸入/輸出系統)
BIOS，完整地說應該是ROM－BIOS，是隻讀存儲器基本輸入/輸出系統的簡寫，它實際上是被固化到計算機中的一組程序，爲計算機提供最低級的、最直接的硬件控制。準確地說，BIOS是硬件與軟件程序之間的一個“轉換器”或者說是接口(雖然它本身也只是一個程序)，負責解決硬件的即時需求，並按軟件對硬件的操作要求具體執行。
從功能上看，BIOS分爲三個部分：
1.自檢及初始化程序；
2.硬件中斷處理；
3.程序服務請求。
這裏我們主要關注第一部分——自檢及初始化程序：這部分負責啓動計算機，具體有三個部分，第一個部分是用於計算機剛接通電源時對硬件部分的檢測，也叫做加電自檢(POST)，功能是檢查計算機是否良好，例如內存有無故障等。第二個部分是初始化，包括創建中斷向量、設置寄存器、對一些外部設備進行初始化和檢測等，其中很重要的一部分是BIOS設置，主要是對硬件設置的一些參數，當計算機啓動時會讀取這些參數，並和實際硬件設置進行比較，如果不符合，會影響系統的啓動。
最後一個部分是引導程序，功能是引導DOS或其他操作系統。BIOS先從軟盤或硬盤的開始扇區讀取引導記錄，如果沒有找到，則會在顯示器上顯示沒有引導設備，如果找到引導記錄會把計算機的控制權轉給引導記錄，由引導記錄把操作系統裝入計算機，在計算機啓動成功後，BIOS的這部分任務就完成了。
關於BIOS的詳細介紹，可以google一下，這篇文章就不錯。
硬盤
就物理組成來說，一個硬盤封裝裏有多個盤片(platter)，每個盤面有兩個面(surface)。在盤片上都有一個磁頭(head)來進行硬盤盤片的讀/寫，盤片繞軸(spinder)旋轉一週時磁頭所走過的軌跡即磁道(track)，所有盤片的同一磁道構成了磁柱(cylinder)。磁道又被分爲多個扇區(sector),扇區是最小的磁盤存儲單位，即硬盤分區時的最小單位——通常爲512KB。磁道由縫隙(gap)分開，gap中存儲的不是數據位，而是用來確認扇區的格式位。
MBR
主引導扇區(MBR, Master Boot Recorder)是硬盤中最重要的部分，它記錄了硬盤的分區信息、引導信息。CU上面有一篇介紹MBR的文章。
| 注意這裏所說的MBR是指BIOS中指定的啓動設備中的MBR。如果以軟盤啓動，則MBR是軟盤的第一個扇區。如果是硬盤，則是硬盤的第一個扇區。如果有多個硬盤呢？那麼就是BIOS中指定啓動硬盤的第一個扇區！ |
run-level
運行 $ less /etc/inittab
顯示下列信息：
# /etc/init.d executes the S and K scripts upon change
# of runlevel.
#
# Runlevel 0 is halt.
# Runlevel 1 is single-user.
# Runlevels 2-5 are multi-user.
# Runlevel 6 is reboot.
上面顯示的就是當前可用的登錄模式，共有0～6中級別。常用的是3和5。
0：關機
1：單用戶模式(系統有問題時的登錄模式，相當於WINDOWS的"安全模式“)
2：對於Debian/Ubuntuare來說，2～5都是相同的——多用戶圖形界面模式。對於其他發行版來說，3可能是多用戶文本模式，4爲系統保留，5爲多用戶圖形模式，具體的定義可以查看該發行版對應的/etc/inittab文件內容。
6：重新啓動
另外，還可能有"S"級，它等同於1的單用戶級別。
運行 $ runlevel 可以查看系統當前運行級別
| 如果把運行級別設成了0或6，想象會出現什麼情況？如何解決呢？ |
WINDOWS在啓動時，如果按下F8，會出現“安全模式“、”正常啓動“、”MS-DOS“模式的選擇。相當於Linux run-level的1，5，3(不對應於Debian/Ubuntu)。
| 關於Debian/Ubuntu中的run-level，看這裏！ |
基本流程
1， 加載BIOS硬件信息，並取得第一個開機裝置的代號。
2，加載第一個開機裝置中MBR的boot loader(即lilo, grub, spfdisk等)引導信息。
3，加載Linux內核，內核開始解壓縮，並驅動硬件。
4，內核執行init程序，並獲得run-level信息；
5，init 執行 /etc/init.d/rcS 程序；
6，加載內核模塊(module)
7，init 執行 對應run-level 級的腳本文件( Scripts )；
8，執行 /bin/login 程序，等待用戶登入；
9，用戶登入之後，開始以shell控制系統(如果以圖形界面登錄，則運行圖形界面)。
下面具體介紹流程中的步驟：
1，加載BIOS
系統上電時，最先讀取BIOS信息。BIOS(Basic Input/Output System)是計算機與外設最底層的接口，它存儲了計算機啓動時最先加載的數據，包括：CPU類型、啓動設備順序、硬盤大小/類型、芯片組工作狀態、外設I/O地址、PnP (Plug and Play，既插既用設備)的開啓與否、內存時鐘等。
讀取了BIOS設定值後，系統根據BIOS數據進行開機自我檢測(Power On Self Test, POST)，對硬件進行初始化，並設定PnP設備，指定啓動設備，之後從磁盤的MBR中讀取Bootloader數據。
2，加載Boot Loader
系統讀完BIOS之後，接着加載第一個引導磁盤的第一個扇區(MBR)，boot loader就位於MBR中。此時，啓動工作的接力棒就交到了boot loader的手中。
| 常用的boot loader有lilo, grub, spfdisk等，現在最流行的是grub，我用的Ubuntu中，boot loader就是grub，本文假設boot loader是grub，其實基本原理都是一樣的。 |
爲什麼要在MBR中安裝boot loader呢？它到底有什麼作用？實際上，boot loader的作用就是加載OS內核。系統在啓動時，要讀取文件以加載內核，必須能夠識別硬盤文件系統，但這時候系統還在啓動過程中，對文件系統信息一無所知。boot loader就輔佐系統識別文件格式，加載內核。boot loader不僅不光能夠識別Linux內核，而且能識別WINDOWS內核.所以,如果要安裝多系統,那麼要在MBR中安裝能支持這些系統文件系統的 boot loader.
如果是以grub啓動,加載它後,會有個選擇啓動那個OS的菜單,當你作出選擇後,grub就從被選定OS所在的扇區中加載相應的內核.
3，加載內核
在grub的菜單選定啓動Linux後，系統從Linux所在的磁盤載入內核。內核一般位於/boot目錄中，比如，我的系統中內核爲 /boot/vmlinuz-2.6.12-10-686。當然，可以有不同版本的內核位於/boot目錄中，可以通過grub菜單選擇啓動的內核版本。
| $ uname -r : 顯示當前運行的內核版本 |
vmlinuz是可引導的、壓縮的內核。“vm”代表“Virtual Memory”。vmlinux是未壓縮的內核，vmlinuz是vmlinux的壓縮文件.
加載內核時還應該注意”虛擬硬盤“，即RAM DISK。以後有機會再歸納。
圖1 有建立RAM Disk可能的啓動流程
圖2 更明瞭的啓動流程
| 總之,boot loader現將Linux內核加載到內存中(可能基於initrd建立RAM DISK),然後將BIOS中關於設備的數據傳遞給內核,內核建設設備,加載相應的驅動程序. |
4，init進程
內核被加載之後，它執行的第一個程序就是/sbin/init.init 它利用 /etc/inittab配置文件獲取開機等級 ( Run level ) 之外， 並基於run level 選擇開機時啓動的服務.
通過 $ less /etc/inittab 查看開機init讀取的開機配置文件內容.注意下面這行:
# The default runlevel.
id:2:initdefault:
Ubuntu默認的run level是2.正如前面所說,把它設置成2,3,4,5都是多用戶圖形模式登錄.千萬別設成0或6!
| 關於init進程,這裏多說幾句(針對一般UNIX系統) pid=0 : swapper進程,用於進程調度.它位於內核內部,是系統進程. pid=1 : init進程, 有對應的程序/sbin/init,儘管運行它需要管理員權限,但實際上它是個用戶進程,不位於內核中.系統啓動時,內核被加載後調用init進程. pid=2 : pagedaemon, 用於支持虛擬內存的頁. |
init進程還負責處理孤兒進程(父進程在子進程之前終止,則子進程成爲孤兒進程, 此時,init繼承爲他們的父進程).
5，init 執行 /etc/init.d/rcS 程序 (重點）
| 在Debian/Ubuntu系統中，初始化腳本是/etc/init.d/rcS，在Rad Hat中是/etc/rc.d/rc.sysinit。這裏麪包含了裝入文件系統，設置時間，打開交換分區，得到主機名等等內容。 |
在前面提到的inittab文件中，緊接runlevel之後有如下內容：
# Boot-time system configuration/initialization script.
# This is run first except when booting in emergency (-b) mode.
si::sysinit:/etc/init.d/rcS
inittab的主要功能是描述引導及正常操作時，應該在何種運行等級下啓動什麼程序，每個運行等級的具體項目完全可以通常/etc/inittab來定義，但Debian有一個更健壯的方案sysvinit，它被認爲是init最強大的應用程序之一。Debian組織inittab的方式是把運行等級的大部分定義從inittab中移出來，移到一個腳本層次中去。惟一直接從inittab啓動的程序只有getty，它用於虛擬設備上啓動登錄提示符，保留它因爲它們要求特殊處理，在inittab之外處理要困難得多。
inittab來啓動所有軟件當然是可能的，但將所有配置寫在同一個文件既不方便查看也不方便維護，所以文件裏會加上這許多行：
l0:0:wait:/etc/init.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/init.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/init.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/init.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/init.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/init.d/rc 6
這些行實際決定了系統在各個運行等級下的行爲。它們如何做到的也許並不明顯，但至少我們知道主要意思：首先每行都有個符號ID lx，lx表示runlevel x；其次，每行只在一個運行等級下激活，該運行等級對應着符號ID中的數字x。命令執行時，init停下來，直到進程結束。最後，每個命令行調用一個腳本 /etc/init.d/rc x，這裏x代表當前運行等級的數字。顯然各運行等級的具體任務在/etc/init.d/rcS腳本中安排。
| init把從inittab中獲取的run-level值作爲參數傳遞給rc |
rc與rcS腳本的區別 (rc = run command)
rc : This file is responsible for starting/stopping services when the runlevel changes.
rcS : Call all S??* scripts in /etc/rcS.d in numerical/alphabetical order.
6，加載內核模塊(module)
2.6的內核支持動態模塊的加載，關於內核模塊，我另外寫一篇。
7，init 執行 對應run-level 級的腳本文件( Scripts )
到目前爲止，內核及其模塊被加載了，也完成了系統的初始化。現在要做的工作就是開啓系統服務。由於不同的run-level需要開啓的服務不同，所以系統爲不同的run-level設定了不同的腳本。
| $ ls -d /etc/rc*.d |
可以看到有rc0~rc6及rcS，共8個目錄。他們所包含的文件都是連接，指向/etc/init.d/目錄中的文件。比較各目錄中的文件你會發現， rc2~rc5中的內容是相同的。正好驗證了Debian/Ubuntu中run-level 2~5是等效的。
| 以S開頭的表示在對應級別Start的服務，以K開頭表示Kill的服務。緊跟S或K之後的兩位數字決定了啓動順序，數字小的先運行。 |
關於rcS/rcS.d，我還不是很清楚，哪位大俠指點？
8，執行 /bin/login 程序，等待用戶登入
這個就不用多說了。看過APUE的都知道login要讀取/etc/passwd文件。關於passwd文件，請參考APUE,p161 (第二版新版哦!)
OK，完畢，謝謝收看。有不足之處，懇請指正！
| 在系統加電引導時，init從run-level = 0開始，一級一級往上運行到inittab中定義的默認run-level。在run-level過渡時，init將run-level值作爲參數傳遞給rc，進而執行啓動腳本。 |