詳解linux系統的啓動過程及系統初始化
2013-05-03 07:56:06
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一、linux系統的啓動流程
關於linux系統的啓動流程我們可以按步進行劃分爲如下:
POST加電自檢-->BIOS(Boot Sequence)-->加載對應引導上的MBR(bootloader)-->主引導設置加載其BootLoader-->Kernel初始化-->initrd—>/etc/init進程加載/etc/inittab,其進程流程圖如下:
二、剖析詳細啓動過程
⑴、
- POST開機自檢:電腦主機打開電源的時候,隨後會聽到滴的一聲,系統啓動開始了開機自檢(POST-power on self
- test)自檢開始),這個過程中主要是檢測計算機硬件設備比如:CPU,內存,主板,顯卡,CMOS等設備是否有故障存
- 在,如果有硬件故障的話將按兩種情況理:對於嚴重故障(致命性故障)則停機,此時由於各種初始化操作還沒完成,
- 不能給出任何提示或信號;對於非嚴重故障則給出提示或聲音報警信號,等待用戶處理),如果沒有故障,POST完整自己
- 的接力任務,將尾部工作交接給BIOS處理。
⑵、
- BIOS:計算機加電自檢完成後第一個讀取的地方就是就是BIOS(Basic Input Output System,基礎輸入輸出系統)
- ,BIOS裏面記錄了主機板的芯片集與相關設置,如CPU與接口設備的通信頻率、啓動設備的搜索順序、硬盤的大小與
- 類型、系統時間、外部總線、各種接口設備的I/O地址、已經與CPU通信的IRQ中斷信息,所以,啓動如果要順利啓動,
- 首先要讀取BIOS設置。
⑶、
- 按照BIOS所設定的系統啓動流程,如果檢測通過,則根據引導次序(Boot Sequence)開始在第一臺設備上支持啓動
- 程序,我們的啓動設備主要包括硬盤、USB、SD等,我們一般用的是硬盤,然後進行讀取第一個設備就是硬盤,第一個
- 要讀去的就是該硬盤的主引導記錄MBR(Master Boot Record),然後系統可以根據啓動區安裝的
- 引導加載程序(Boot Loader)開始執行核心識別的工作。【在此插一句:MBR程序只是找到只是硬盤分區內最前面
- 的446個字節的Boot Loader】然後查找相關配置和定義。
⑷、
- Boot Loader 加載Grub程序
- 在這個過程中主要靠Grub的引導開始的,Grub分爲連個階段:
- stage1:主要是Boot loader
- stage 1.5:過渡
- stage2:主要是/boot/grub
通過上面我們可以發現linux的內核VMLnuz,grub、initrd都在/boot目錄下
在/boot/grub/下面我們看到了熟悉的stage1,stage2及grub工具的配置文件 grub.conf,那麼grub.conf內都定義了什麼吶??
⑸、Kernel
- 根據Grub內的定義,grub讀取完畢後就把下面的工作交個內核了。kernel主要是完成系統硬件探測及硬件驅動的初始
- 化,並且以讀寫的方式掛載根文件系統(根切換),那麼這裏就出現了一個“先有雞還是先有蛋的文件了”,具體是什麼
- 那?
- 要想訪問真正的根文件系統(rootfs)的話,就必須加載根文件系統中的設備,這時根文件系統又沒有掛載,
- 要掛載根文件系統又得加載根文件系統中的驅動程序,哪怎麼辦呢?爲了解決這個問題,這是就用到了initrd文件了。
- 在來說下kernel初始化所要工作的內容做下簡單總結:
- 探測硬件->加載驅動(initrd)->掛載根文件系統->rootfs(/sbin/init)
⑹、
- 到此止內核空間的相關工作已經完成,內核空間的任務開始向用戶空間轉移,內核空間通過一個間接的initrd(微型
- linux)向用戶空間的/sbin/init過度,所以gurb開始引導內核轉向initrd。
- initrd:一個虛擬的文件系統,裏面有lib、bin、sbin、usr、proc、sys、var、dev、boot等一些目錄,
- 其實你會發現裏面的目錄有點像真的/對吧,所以我們稱之爲虛擬的根文件系統,作用就是將kernel和真的根文件系統
- 建立關聯關係,讓kernel去initrd中加載根文件系統所需要的驅動程序,並以讀寫的方式掛載根文件系統,並讓執行
- 用戶當中第一個進程init。
下面我們看下init腳本內的內容:
從上面的腳本內容我們可以看到init進程的主要工作:
- 掛載 :將initrd中的/proc, /sys /dev 掛載到當前的主分區中的相應目錄
- 創建目錄:/dev/mapper
- 通過mknod完成block or character special files的創建
- 相關模塊的掛載
- 創建root設備
- 掛載 /sysroot
- 最後完成根切換
⑺、init執行完畢以後會啓動系統內的/etc/inittab文件,來完成系統系統的初始化工作。下面我們來介紹一下inittab這個配置文件內的詳細內容
各個級別的定義:
默認運行級別
- 0:halt //關機
- 1: single user mode //單用戶維護模式)
- 2:multi user mode, without NFS //不支持NFS功能
- 3: multi user mode, text mode //字符界面
- 4:reserved //系統保留
- 5: multi user mode, graphic mode //圖形化界面
- 6: reboot //重啓
/etc/inittab格式及語法(:)
- [選項]:[runlevel]:[行爲]:[命令]
- 行爲:
- initdefault:代表默認運行級別
- sysinit:代表系統初始化操作選項
- ctrlaltdel:代表重啓的相關設置
- wait:代表上一個命令執行結束後方可執行下面的操作
- respawn:代表後面字段可以無限制再生(reboot)
- 命令選項
- 一些命令,不過通常都是腳本
下面說下inittab內定義的初始化腳本:rc.sysinit --/etc/rc.d/rc.sysinit
- 如上圖所示:rc.sysinit腳本內定義了一些與系統初始化的定義
- 設定主機名
- 檢測並掛載/etc/fstab中其他文件系統
- 啓動swap分區
- /etc/sysctl.conf設定內核參數
- 裝載鍵映射-->鍵盤上每個鍵的功能
- 然後根據系統運行級別運行相關的服務腳本:/etc/rc.d/init.d/腳本和/etc/rc.d/rc#d
- rc0-rc6目錄下腳本:
- K* ##只要是以K開頭的文件均執行stop工作
- S* ##只要是以S開頭的文件均執行start工作
- 0-99 (執行次序,數字越小越先被執行)
- 用戶自定義開機啓動程序(/etc/rc.d/rc.local)
- 可以根據自己的需求將一些執行命令或是腳本寫到/etc/rc.d/rc.local裏,當開機時,就可以加載啦
三、總結
系統初始化的大致內容總結如下:
- 硬件的初始化,圖像界面啓動的初始化(如果設置了默認啓動基本)
- 主機RAID的設置初始化,device mapper 及相關的初始化,
- 檢測根文件系統,以只讀方式掛載
- 激活udev和selinux
- 設置內核參數 /etc/sysctl.conf
- 設置系統時鐘
- 啓用交換分區,設置主機名
- 加載鍵盤映射
- 激活RAID和LVM邏輯卷
- 掛載額外的文件系統 /etc/fstab
- 等等
- 最後根據mingetty程序調用login讓用戶登錄->用戶登錄(完成系統啓動)
- 在系統啓動過程中主要的腳本和目錄有哪些呢?我們可以概括一下
- boot 目錄
- /grub 目錄
- /boot/grub/grub.conf 腳本
- /boot/initrd+內核版本 文件
- /initrd文件中的init文件
- /initrd文件中的/proc/ /sys/ /dev/ 目錄的掛載 及根的切換
- /etc/inittab 腳本
- /etc/rc.d/rc.sysinit 腳本
- 這些重要的腳本和目錄,當然還有其他重要的目錄和文件,腳本等暫不列舉啦。由此篇我們可以詳細瞭解linux系統的
- 啓動和初始化過程,然後我們可以根據linux系統啓動的過程和所用到的命令自己動手DIY一個微型linux系統,關於
- “DIY微型linux系統”會再後兩至三天內發表博文,到時候我們在一起探討探討linux系統的組成部分等更詳細的相關
- 信息!!!
自己總結的內容不夠嚴謹,還望各位大蝦們指正~~~
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