Linux系统引导流程

Linux系统的引导过程主要分为三个阶段。 

 

  第一阶段：开机->POST->INT19->BIOS->MBR 

 

当用户打开电脑的电源，电脑会对系统硬件配置进行一系列检测，这个过程称为POST(Power on Self Test)，即上电自检过程。系统测试成功之后，接着将BIOS的中断处理程序各个中断向量装配到内存的低1024个字节单元。在这些中断向量中，初始引导程序是以中断类型为19H进行装配的。中断向量结束后，CPU执行类型为19H的中断，其功能是执行BIOS所带的系统初始化程序，称为磁盘自举中断或者重引导中断(reboot interrupt)，当按下Ctrl+Alt+Del键，系统就会执行19H号中断，重新引导系统。CPU执行19H号中断的初始引导程序，以便从启动盘读取加载操作系统的引导程序Bootsect.S。该初始化引导程序按照CMOS里面设置的启动盘启动顺序查找相应盘的MBR，如果找到 引导程序，则将MBR中的引导程序读到内存0000：7C00处，并执行这个引导程序将内核代码全部转入内存。 

 

  第二阶段：MBR->LILO->活动分区引导Linux 

 

初始引导程序将MBR中的LILO读到内存并执行，由LILO把Linux的全部内核装入内存。Linux除了可以使用LILO引导之外，还可以使用GRUB等引导程序引导。LILO的功能由三个主要程序来完成：第一个是把Linux内核或者其他操作系统的可执行代码写入内存的引导程序，称为启动加载器;第二个负载把boot loader程序的可执行代码写入引导分区，并将原来的boot loader做备份，它的可执行文是/sbin/lilo;第三个是存放LILO配置信息的/etc/lilo.conf等配置文件。这三个文件都是LILO启动是所必须的。 

 

当引导程序成功完成引导任务后，Linux从他们手中接管了CPU的控制权，然后CPU就开始执行Linux的核心映像代码，开始Linux的启动过程。这里涉及到Linux源代码树中的“arch/i386/boot”下面的一些文件。其中bootsect.s是生成引导扇区的汇编源代码，它完成加载动作后直接跳转到setup.s的程序入口。setup.s的主要功能就是将系统参数(包括内存、磁盘等，由BIOS返回的)拷贝到特别的内存中，以便以后这些参数被保护模式下的代码来读取。setup.s还将video.s中的代码包含进来，检测和设置显示器和显示模式。最后，setup.s将系统转换到保护模式，并跳转到0x100000。这个内存地址存放的是解压后的内核，因为redhat提供的内核包含了众多驱动和功能而显得比较大，所以在内核编译中使用了makebzImage方式，从而生成压缩过的内核，在redhat中内核常常被命名为vmlinuz，在Linux的最初引导中，通过"arch/i386/boot/compress/"中的head.s利用misc.c中定义的decompress_kernel()函数，将内核vmlinuz解压到0x100000的。 

 

当CPU跳到0x10000时，将执行"arch/i386/kernel/head.s"中的startup_32，它也是vmlinux的入口，然后就跳转到start_kernel()中去。start_kernel()是"init/main.c"中的定义函数，start_kernel()中调用了一系列初始化函数，以完成kernel本身的设置。start_kernel()函数中，做了大量的工作来建立基本的Linux核心环境。如果顺利执行完start_kernel()，则基本的Linux核心环境就建立起来了。 

 

在start_kernel()的最后，通过调用init()函数，系统创建第一个核心线程，启动了init过程。而核心线程init()主要是进行一些外设初始化工作，包括调用do_basic_setup()来完成外设及其驱动程序的加载和初始化。当do_basic_setup()函数返回init()，init()函数又打开/dev/console设备，重定向三个标准的输入输出文件stdin,stdout,stderr到控制台，最后，搜索文件系统中的init程序(或者由init=命令行参数指定的程序)，并使用execve()系统调用加载init程序。到这里，init()函数结束，内核的引导部分也基本结束了。 

 

接下来运行init，init的进程号是1，它是系统所有进程的起点，Linux在完成内核引导以后，就开始运行init程序。init程序需要读取配置文件/etc/inittab中设置的系统运行级别，inittab是一个不可执行的文本文件，它由若干行指令组成。然后调用执行/etc/rc.d/rc.sysinit，而rc.sysinit是一个bash shell的脚本，它主要是进行一些系统初始化的工作，rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本。它要完成的工作有：激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块以及其他一些需要优先执行任务。当rc.sysinit程序执行完毕后，将返回init，启动对应运行级别的守护进程，通常接下来会执行到"/etc/rc.d/rc"程序。至于在每个运行级别中将运行那些守护进程，可以通过chkconfig或setup中的System Service来自行设定。rc程序执行完将返回init，建立终端。这时进步系统环境已经设置好了，各种守护进程也已经启动了。 

 

  第三阶段：检测硬件->启动服务->LOGIN登陆 

 

上面的工作完成后，Linux系统开始检测硬件，启动相应的服务，然后进行系统登陆。对于文本方式登陆，Linux先用账号验证程序login对用户名进行分析，在分析完用户名之后，login将搜索/etc/passwd以及/etc/shadow来验证密码以及设置账号的其他信息，比如主目录是什么，使用何种shell。如果没有指定主目录，将默认为根目录，如果没有指定shell，将默认为/bin/bash。login程序成功之后，会向对应的终端输出最近一次登陆的信息(在/var/log/lastlog中有记录)，并检查用户是否有新邮件。然后开始设置各种环境变量。各种环境变量设置好之后，出现shell命令行提示符，到此整个Linux启动过程全部结束。

 

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