第七周學習總結–系統啟動流程

寫在前面

作為一個理工科的你，我相信你一定給自己或者給別人裝過windows操作系統，作為windows操作系統都圖形化了，因此我們可能很難去了解中間都發生了什么。比如使用U盤安裝的時候，網上一大堆某某某U盤制作系統工具，按照網上的教程，制作完成以后，就可以在要裝系統的電腦上點擊電源鍵狂按F12（不同的電腦可能不同）進入BIOS設置了，然后就等著使用了。作為學習另一個使用命令行的操作系統，我們有必要了解一下它的啟動工作流程。

細說流程

Linux系統的啟動流程主要分為以下幾個主要步驟，POST –> BootSequence(BIOS) –> BootLoader（MBR）–> Kernel（ramdisk、ramfs）–> rootfs（readonly）–> /sbin/init。

• POST

按下主機電源鍵，主機會首先加載BIOS信息,主要負責檢測系統外圍關鍵設備（如：CPU、內存、顯卡、I/O、鍵盤鼠標等）是否正常。如果硬件設備因為各自原因自檢沒有通過，則不會進行下一步啟動，如果硬件設備沒有問題，則轉交給下一步執行啟動。

• BootSequence

按次序查找BIOS中各引導設備，第一個有引導程序的設備即為本次啟動要用到的設備。

• BootLoader

BootLoader稱為引導加載器，位于磁盤中的MBR中，每個磁盤都有一個MBR，MBR是磁盤上的第一個扇區又叫做主引導扇區，是主機開機后訪問磁盤時首先要讀取的扇區，MBR扇區共有512個字節，其中的446個字節即存放bootloader，64個字節存放分區表，剩余的2字節存放校驗信息。

在Linux中，BootLoader的具體實現是由grub程序實現的。grub分為三個階段，第一個階段存放于MBR中，第二個階段也稱為stage1.5階段，存放于MBR之后的扇區，主要為第三階段提供文件系統驅動。第三階段也稱為stage2階段，存放于一個基本的磁盤分區上，主要是提供一個菜單，允許用戶選擇要啟動的系統或不同的內核版本，把用戶選定的內核裝載到RAM（內存）中特點空間中，解壓、展開，而后把整個系統控制權移交給內核，即完成把內核加載到內存空間中。

grub也有自己的配置文件/boot/grub/grub.conf，啟動菜單就是通過讀取此文件進行信息顯示，文件大體如下圖所示：

其中各配置參數：

1. default=#: 設定默認啟動的菜單項順序；菜單項(title)編號從0開始；
2. timeout=#：指定菜單項等待選項選擇的超時時長；
3. splashimage=(hd#,#)/PATH/TO/XPM_PIC_FILE：指明菜單背景圖片文件路徑；
4. hiddenmenu：隱藏菜單；
5. title TITLE：定義菜單項“標題”, 可出現多次；
6. root (hd#,#)：grub查找stage2及kernel文件所在設備分區；為grub的“根”；
7. kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS]：啟動的內核；
8. initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 內核匹配的ramfs文件；

此外還能對grub菜單及內核啟動進行認證處理，在上面配置文件中加入password [–md5] STRING項即可，加在title之前表示需要對編輯菜單進行認證，加在title之后表示對內核進行認證，需要認證以后才能啟動內核。

grub還有自己的命令行接口，啟動系統時，敲擊任意鍵進入grub命令行接口模式，在grub界面可以按照提示輸入e、b、c進行相應的編輯，在對應的title輸入c即可進入命令行模式，有如下常用選項：

1. help：獲取幫助信息；
2. find ：文件查找，通常用于定位文件，find（hd#,#）;
3. root (hd#,#)：把哪一個磁盤分區設置為根;
4. kernel:設定本次啟動時用到的內核文件;
5. initrd:設定為選定的內核提供額外文件的ramdisk;

所以也可以通過手動指定來啟動內核，在grub界面通過上述介紹的參數，依次輸入：

1. root (hd#,#)；
2. kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE ?ro ?root=/dev/DEVICE；
3. initrd /initramfs-VERSION-RELEASE.img；
4. boot；

來通過讀取新指定的各參數啟動內核。

• Kernel

在kernal階段，主要是通過前面步驟加載到的內核完成自身的初始化:

1. 探測可識別到的所有硬件設備;
2. 加載硬件驅動程序（有可能會借助于ramdisk加載驅動）;
3. 以只讀方式掛載根文件系統;
4. 運行用戶空間的第一個應用程序：/sbin/init

• rootfs

根切換，因為在內核加載階段，系統有可能會借助ramdisk提供的一個簡化版的根文件系統來提供驅動，完成后續步驟后ramdisk會加載真正的根文件系統，并把控制權移交給真正的根文件系統。

• /sbin/init

內核被加載后，第一個運行的程序便是/sbin/init，該文件會讀取/etc/inittab文件，設定Linux的運行級別并依據此來進行后續的初始化工作。

寫在最后

今天的分享就到這里了，里面涉及到了Linux啟動的一些基本流程，還特別提到了grub的兩種實現方式，通過配置文件新增內核信息方式和grub命令行接口方式進行配置，如果我們熟知了Linux系統啟動每步驟都需要什么文件，完成什么內容以后，我覺得配置都是很輕松的事情。實在沒轍的話，不妨試試強大的搜索引擎，這也是學習的很好方法。