Linux啟動流程的三個階段

Linux啟動流程總的來說可以分成三個階段

Linux啟動流程圖

第一步：上電

?在 x86 系統中，將 1M 空間最上面的 0xF0000 到 0xFFFFF 這 64K 映射給 ROM。

?當電腦剛加電的時候，會做一些重置的工作，將 CS 設置為 0xFFFF，將 IP 設置為 0x0000，所以第一條指令就會指向 0xFFFF0，正是在 ROM 的范圍內。

?在這里，有一個 JMP 命令會跳到 ROM 中做初始化工作的代碼，于是，BIOS 開始進行初始化的工作

第二步：BIOS啟動

固件初始化：計算機開機后，UEFI固件會進行初始化，包括硬件初始化、自檢和加載UEFI固件驅動程序等。

啟動設備選擇：UEFI固件會檢測并識別可啟動的設備，如硬盤、光盤、USB設備等。它會根據預設的啟動順序或用戶設置的啟動選項，選擇一個可啟動的設備作為啟動介質。

UEFI固件驅動程序加載：UEFI固件會加載設備上的UEFI固件驅動程序，這些驅動程序負責與硬件設備進行交互，以便后續的啟動過程能夠正常進行。

UEFI應用程序加載：UEFI固件會加載位于啟動介質上的UEFI應用程序，如引導加載程序（Bootloader）或操作系統的引導管理器。這些應用程序通常位于EFI系統分區中，以.efi文件格式存在。

引導加載程序執行：加載的引導加載程序會接管控制權，負責加載操作系統內核或其他引導組件。常見的引導加載程序有UEFI Shell、GRUB、rEFInd等。

第三步：Linux啟動

Linux啟動-引導

?我們可以通過BIOS界面選擇硬盤啟動項進入OS，那BIOS是怎么發現這個硬盤里有OS？

?答案就是MBR（Master Boot Record），

?MBR是放在硬盤的第一個扇區，一共512字節，

?可以分成兩部分：

?主引導記錄：安裝啟動引導程序的地方，446字節，

?分區表：記錄整個硬盤分區的的狀態此外，64字節

Linux啟動-引導EBR/VBR

?找到MBR后下一步做啥？

?(1)如果查找分區表時發現操作系統裝在主分區，然后執行已載入的MBR中的boot loader代碼，加載該激活主分區的VBR中的boot loader，至此，控制權就交給了VBR的boot loader

?(2)如果操作系統不是裝在主分區，那么肯定是裝在邏輯分區中，所以查找完主分區表后會繼續查找擴展分區表，直到找到EBR所在的分區，然后MBR中的boot loader將控制權交給該EBR的boot loader

Linux啟動-引導GRUB2介紹

?GNU GRUB（GRand Unified Bootloader簡稱“GRUB”）是一個來自GNU項目的多操作系統啟動程序。GRUB是多啟動規范的實現，它允許用戶可以在計算機內同時擁有多個操作系統，并在計算機啟動時選擇希望運行的操作系統。GRUB可用于選擇操作系統分區上的不同內核，也可用于向這些內核傳遞啟動參數。

?生成配置文件：grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

?安裝：grub2-install /dev/sda

Linux啟動-引導GRUB2加載

?Grub2 第一個安裝的就是 boot.img，BIOS 完成任務后，會將 boot.img 從硬盤加載到內存中的 0x7c00 來運行。boot.img會加載 core.img。如果從硬盤啟動的話，這個扇區里面是 diskboot.img，diskboot.img 的任務就是將 core.img 的其他部分加載進來，先是解壓縮程序 lzma_decompress.img，再往下是 kernel.img，最后是各個模塊 module 對應的映像。這里需要注意，它不是 Linux 的內核，而是 grub 的內核。

?隨著我們加載的東西越來越大，實模式這 1M 的地址空間實在放不下了，所以在真正的解壓縮之前，lzma_decompress.img 做了一個重要的決定，就是調用 real_to_prot，切換到保護模式，這樣就能在更大的尋址空間里面，加載更多的東西。

Linux啟動-0/1號進程

?set_task_stack_end_magic(&init_task)。這里面有一個參數 init_task，它的定義是 struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task)。

?它是系統創建的第一個進程，我們稱為 0 號進程。這是唯一一個沒有通過 fork 或者 kernel_thread 產生的進程，是進程列表的第一個。

?1.trap_init()中斷初始化

?2.mm_init()內存初始化

?3.sched_init()調度策略初始化

?4.vfs_caches_init()基于內存文件系統rootfs初始化

?5.start_kernel()->rest_init()其他方面的初始化

?rest_init 的第一大工作是，用 kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS) 創建第二個進程，這個是 1 號進程。1 號進程對于操作系統來講，有“劃時代”的意義。

Linux啟動-ramdisk

?init 程序是在文件系統上的，文件系統一定是在一個存儲設備上的，例如硬盤。Linux 訪問存儲設備，要有驅動才能訪問。如果存儲系統數目很有限，那驅動可以直接放到內核里面，但是文件系統的格式有很多，全都放進內核那內核就太大了。

?這該怎么辦呢？

?我們只好先弄一個基于內存的文件系統。內存訪問是不需要驅動的，這個就是 ramdisk。這個時候，ramdisk 是根文件系統。

?運行 ramdisk 上的 /init，等它運行完了就已經在用戶態了。/init 這個程序會先根據存儲系統的類型加載驅動，有了驅動就可以設置真正的根文件系統了。有了真正的根文件系統，ramdisk 上的 /init 會啟動文件系統上的 init。

Linux啟動-init介紹

?前面0/1進程都屬于內核線程，ps pid=1的是init進程

? if (ramdisk_execute_command) {

?ret = run_init_process(ramdisk_execute_command);

?...... }

?......

?if (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||

?!try_to_run_init_process("/etc/init") ||

? !try_to_run_init_process("/bin/init") ||

?!try_to_run_init_process("/bin/sh")) return 0

?它會嘗試運行 ramdisk 的“/init”，或者普通文件系統上的“/sbin/init”“/etc/init”“/bin/init”“/bin/sh”。不同版本的 Linux 會選擇不同的文件啟動，但是只要有一個起來了就可以。

?Init類型：

?SysV:CentOS 5之前, 配置文件/etc/inittab

?Upstart:CentOS 6，配置文件/etc/inittab,/etc/init/*.conf

?Systemd:CnetOS7, 配置文件/usr/lib/system/syste,/etc/systemd/system

Linux啟動-運行級別

Linux啟動-fstab

?任何硬件設備連接后，操作系統使用硬件，即需要掛載。windows只不過是自動“掛載”了，linux需要手動自己搞。在Linux系統下，例如每次掛載/dev/sdb1（例如U盤設備文件）需要手動使用命令mount。當然，每次重啟，開啟時，硬盤一般也是被自動掛載的，而自動掛載的信息，就記錄在/etc/fstab文件中。

? 系統每次啟動都會讀取/etc/fstab中的配置內容，自動掛載該文件中被記錄的設備和分區。

? 第一列：設備文件或UUID或label（三者的區別看下面）

? 第二列：設備的掛載點（空目錄）

? 第三列：該分區文件系統的格式（可以使用特殊的參數auto，自動識別分區的分區格式）

? 第四列：文件系統的參數，設置格式的選項

? 第五列：dump備份的設置（0表示不進行dump備份，1代表每天進行dump備份，2代表不定日期的進行dump備份）

? 第六列：磁盤檢查設置（其實是一個檢查順序，0代表不檢查，1代表第一個檢查，2后續.一般根目錄是1，數字相同則同時檢查）

Linux啟動-用戶登錄

一般來說：用戶登錄方式有三種

1.命令行登錄

2.ssh登錄

3.圖形登錄