Linux啟動過程及系統初始化

一、前言

    服務器在正常的運行過程中，很少有重啟的機會。在正常的情況下，也很少有出現啟動異常的情況，但是在遭到了人為或者誤操作的情況后，可能會出現啟動異常的情況。為了加深學習系統啟動流程，能夠更加深入理解Linux系統的啟動流程?？偨Y了這篇文字。

二、簡述啟動流程

    在服務器被加電后,大體流程如下：POST—->MBR(bootloader)—->kernel(ramdisk)—->掛載rootfs(ro)—->運行/sbin/init—->運行系統初始化腳本—->啟動終端

1、第一階段POST（POWER ON and SELF TEST即加電自檢）是主板上的BIOS系統在加電后自動檢測硬件設備比如：cpu、內存、主板等等，加載各種硬件運行參數，確保硬件正常運行，保護硬件的作用。如果在此過程中出現故障，一般會有提示音?；蛘邥谄聊簧厦骘@示故障信息，提醒用戶處理；如果正常，則進入下一步，根據BIOS的設定的啟動順序（BootLoader），找到第一序列的啟動設備，一般是的啟動設備就是硬盤（在特定的情況下也有光盤或者U盤）。

2、在找到第一啟動設備后，系統會去讀該設備的MBR（Master Boot Record），然后系統就可以根據引導加載程序（Boot Loader）開始執行以下的工作：

    BootLoader主要安裝在啟動設備的第一個扇區.系統會在第一個扇區446bytes加載grub程序成為一個階段，以及在加載2-27扇區的第1.5階段，最后找到/boot/grub，完成第二階段。在Linux系統目錄下，有一個/boot目錄，里面有grub目錄以及VMLinuz（內核）、initramfs等文件。

而在grub目錄中，則有grub啟動的第一階段、第1_5階段以及第二階段，還有grub的配置文件（grub.conf）提供啟動配置。

    3、grub在啟動的過程中提供啟動菜單、并提供交互式接口；加載用戶選擇的內核或者操作系統；為菜單提供保護機制。同時，編輯grub的配置文件grub.conf能夠改變啟動是提供給用戶的交互接口。grub.conf的內容如下：

相應的配置：

    default=#: 設定默認啟動的菜單項；落單項(title)編號從0開始
    timeout=#：指定菜單項等待選項選擇的時長
    splashimage=(hd#,#)/PATH/TO/XPM_FILE：菜單背景圖片文件路徑
    hiddenmenu：隱藏菜單
    password [–md5] STRING: 啟動菜單編輯認證
    title TITLE：定義菜單項“標題” , 可出現多次
    root (hd#,#)： grub查找stage2及kernel文件所在設備分區；為grub“根”
    kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS]：啟動的內核
    initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 內核匹配的ramfs文件
    password [–md5] STRING: 啟動選定的內核或操作系統時進行認證

    在啟動的時候，grub提供的界面如下：

供用戶選擇在配置文件grub.conf里面設置啟動選項，通過下面的提示符，可以進入某一個選項，里面的配置如下：

是不是和在配置文件里面看到的一樣。如果在配置文件里面加入password字段的話，要進入這個界面是需要密碼的，這也提供了很好的保護機制，不是每個人都有權利進入這個界面的。

    當啟動流程進入這個步驟后，下一步就是grub程序的引導下找到/boot目錄下找到內核文件以及為服務加載內核的文件initramfs。然后就是將內核文件成功的加載到內存中。

    4、內核加載完成后，就可以掛載根文件系統（rootfs）。但是要加載rootfs，就必須要其下的設備，而設備的驅動是在根文件系統中，而根文件系統現在還沒有掛載就沒辦法取得設備的驅動，這就形成了一個死循環。而/boot下面的initramfs文件就是解決這一問題的。為加載后的內核提供根文件系統的所在設備的驅動，讓能正常掛載。initramfs文件里面的內容如下：

可以看見它提供了很多為掛載根文件系統的很多程序以及驅動。將initramfs加載后，相當于運行了一個過度系統，該系統有根文件系統的設備驅動，能夠將其掛載上，但是，此時掛載的根文件系統是以只讀的方式。到此內核空間的任務完成，開始進入用戶空間的進程。

    5、進入用戶空間流程，執行的第一個程序就是/sbin/init，該程序完成了用戶空間的啟動流程，完成后啟動/etc/inittab文件，初始化用戶空間。/顎突出/inittab如下：

設定啟動的默認模式，默認的是多用戶命令行模式：

    0：關機

    1：單用戶模式

    2：不帶網絡文件系統個功能的多用戶模式

    3：多用戶模式

    4：未設置

    5：圖形界面模式

    6：重新啟動

上圖中小框的內容是系統初始化腳本：

     (1)設置主機名

    (2) 設置歡迎信息

    (3) 激活udev和selinux

    (4) 掛載/etc/fstab文件中定義的文件系統

    (5) 檢測根文件系統，并以讀寫方式重新掛載根文件系統

    (6) 設置系統時鐘

    (7) 激活swap設備

    (8) 根據/etc/sysctl.conf文件設置內核參數

    (9) 激活lvm及software raid設備

    (10) 加載額外設備的驅動程序

    (11) 清理操作

大框內的內容是設定不同啟動模式下的服務啟動配置：在/etc/rc.d目錄下的文件是這樣的

rc#.d中的數字#代表是7中啟動模式，每個目錄定義的是在不同的啟動模式下啟動或關閉的服務的設置，里面的文件如下：

里面的文件按都是以S#和K#開頭的文件，且都是軟連接的文件，它們都指向/etc/init.d目錄下的文件，K即kill,代表在該模式下停止服務，S為start，代表在不同的模式下啟用服務，數字定義服務開啟或者關閉的順序。而每個文件的格式如下：

框內的為固定格式，chkconfig后面的3組數字分別代表在3、4、5模式下的動作（啟動或者關閉）、啟動順序和關閉順序。

上圖從上到下分別定義：

    a、定義ctrl+alt+delete組合鍵的功能

    b、定義在斷電是ups電源的設定

    c、設置虛擬終端，可以通過修改這些設置添加或者減少虛擬終端

    d、定義圖像界面啟動設置

在/etc/rc.d中有一個腳本rc.local，在開機最后加載，可以根據自己的需求將一些執行命令或是腳本寫到里面，當開機時，就可以加載。

最后，完成所有用戶空間的設置，進入登錄提示界面，啟動完成。

總結，在整個啟動過程中，至關重要的文件有：

    A、boot 一般將這個目錄單獨分區掛載為簡單分區

    B、grub以及grub.conf文件

    C、vmlinuz以及initrd文件

    D、/etc/inittab腳本

    E、/etc/rc.d/rc.sysinit腳本等