CentOS 6 開機流程

CentOS 6 開機流程——linux由kernel和rootfs組成。kernel負責進程管理、內存管理、網絡管理、驅動程序、文件系統、安全等;rootfs由程序和glibc組成，完善操作系統的功能。同時linux內核的特點是模塊化，通過對模塊裝載卸載可以對內核功能自定義。linux內核鏡像文件：/boot/vmlinuz-2.6.32-696.el6.x86_64

整體的流程

• BIOS/開機自檢
• MBR引導（Boot Loader）
• 啟動內核
• 啟動第一個進程init

一、BIOS/開機自檢

1.1 微控制器

系統想要啟動必須先加載BIOS，按下電源鍵時，給微控制器下達一條復位指令，各寄存器復位，最后下達一條跳轉指令，跳轉到BIOS的ROM，使得硬件去讀取主板上的BIOS程序，在這之前都是由硬件來完成，之后硬件就會把控制權交給BIOS；

1.2 BIOS->POST

隨后BIOS程序加載CMOS（可讀寫的RAM芯片，保存BIOS設置硬件參數的數據）的信息，借CMOS取得主機的各項硬件配置；

取得硬件配置的信息之后，BIOS進行加電自檢（Power-on self Test，POST）過程,檢測計算機各種硬件信息，如果發現硬件錯誤則會報錯（發出聲音警告）；

之后BIOS對硬件進行初始化

BIOS將自己復制到物理內存中繼續執行，開始按順序搜尋可引導存儲設備，決定存儲設備的順序（即定義第一個可引導的磁盤，當然是在有兩個磁盤的前提），接下來就會讀取磁盤的內容，但是要讀取磁盤文件必須要有文件系統，這對BIOS掛載文件系統來說是不可能，因此需要一個不依賴文件系統的方法使得BIOS讀取磁盤內容，這種方法就是引入MBR。最后BIOS通過INT 13硬件中斷功能讀取第一個可引導的存儲設備的MBR（0磁道0扇區）中的boot loader。將MBR加載到物理內存中執行。小tip：判斷可引導磁盤就是判斷每個磁盤前512字節結尾是否存在55AA，有就是可引導，沒有就繼續檢查下一個磁盤。

MBR載入內存后，BIOS將控制權轉交給MBR（準確的說應該是MBR中的boot loader），然后MBR接管任務開始執行。

二、MBR引導（Boot Loader）

載入了第一個可引導的存儲設備的MBR后，MBR中的boot loader就要讀取所在磁盤的操作系統核心文件（即后面所說的內核）了。

2.1 boot loader

但是呢還存在一些問題，不同操作系統的文件系統格式不同？還有我們知道一個磁盤可以安裝多個操作系統，boot loader怎么能夠做到引導的就是我們想要的操作系統呢？這么多不同的功能單靠一個446字節的boot loader是遠遠不夠的。因此必須弄一個相對應的程序來處理各自對應的操作系統核心文件，這個程序就是操作系統的loader（注意不是MBR中的boot loader），這樣一來boot loader只需要將控制權交給對應操作系統的loader，讓它負責去啟動操作系統就行了。

這里有張圖能更好地解釋boot loader的作用：

解讀上圖內容，我們知道一個硬盤的每個分區的第一個扇區叫做boot sector，這個扇區存放的就是操作系統的loader，所以我們常說一個分區只能安裝一個操作系統，如上圖，第一個分區的boot sector存放著windows的loader，第二個分區放著Linux的loader，第三個第四個由于沒有安裝操作系統所以空著。至于MBR的boot loader是干嘛呢， boot loader有三個功能：提供選單，讀取內核文件，轉交給其他loader ，

提供選單就是給用戶提供一張選項單，讓用戶選擇進入哪個操作系統；

讀取內核文件，我們知道系統會有一個默認啟動的操作系統，這個操作系統的loader在所在分區的boot sector有一份，除此之外，也會將這個默認啟動的操作系統的loader復制一份到MBR的boot loader中，這樣一來MBR就會直接讀取boot loader中的loader了，然后就是啟動默認的操作系統；

轉交個其他的loader，當用戶選擇其他操作系統啟動的時候，boot loader會將控制權轉交給對應的loader，讓它負責操作系統的啟動。

另外我看書上寫，安裝windows操作系統的時候，windows會主動復制一份自己的loader到MBR中的boot loader中，這種操作在linux下不會。所以我們安裝多重操作系統的時候要求先安裝windows，然后再安裝Linux；我們假設先安裝Linux，再安裝windows的時候就會自動把windows的loader復制到MBR中的boot loader，這樣一來就會默認優先啟動windows。然而先安裝windows，自動復制windows的loader到boot loader，再安裝Linux的時候，我們可以設置把Linux的loader復制到boot loader中，把原先windows的覆蓋掉，這樣才能設置Linux默認啟動。

2.2 Linux的GRUB

Linux的loader使用的是GRUB，我們常說的Linux中的loader就是grub，我認為這種說法是不準確的，我們知道MBR的boot loader是446字節，而grub呢，不僅僅446字節。

那MBR的boot loader和grub到底是什么關系呢，在這里說明，GRUB是一個啟動管理器，和Linux沒有強制的關系，當然也可以用GRUB啟動Windows。首先我們可以通過rpm -qi grub命令查看grub的版本。

進入/boot/grub目錄下，我們可以看到很多文件，其實Linux的loader為stage1那個文件（如下圖，剛好512字節），我們在安裝Linux的時候，系統會把stage1文件安裝到所在分區的boot sector中，同時默認Linux啟動的話，也需要把stage1中的引導代碼安裝到MBR中的boot loader中。該文件太小，能完成的功能有限，因此Linux的loader只是簡單的引導作用。

MBR完成了主程序的引導后，會把控制權交給GRUB，主引導程序開始加載配置文件了，但是加載這些配置文件之前需要有文件系統的支持，可是現在還沒有文件系統呢，在網上查閱資料說的“GRUB內置文件系統訪問支持，雖然是極度精簡的，但已經具備根據路徑讀取相應文件的二進制流。換句話說，GRUB在不依賴Linux內核的情況下具有讀取配置文件與內核映像的能力”。GRUB的內置文件系統其實是依靠stage1_5那些文件定義的，而且有不同文件系統的stage1_5。我們在安裝Linux的時候會把stage1_5相關文件放到0磁道1-62扇區中（一個磁道63個扇區，劃分分區是從1磁道開始的，除了MBR外，所以會有62個扇區作為保留扇區），用于定義grub的文件系統。

而后開始讀取stage2開始真正地讀取配置文件grub.conf。解析/boot/grub/grub.conf文件

default=0#?默認啟動第一個系統內核，即后面的title部分，1代表第二個，依次類推，
timeout=5#?設置系統留給用戶選擇系統內核的時間為5s。
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
#?用戶選擇內核時候的背景圖片文件，這里的hd0,0是第一個硬盤的第一個分區，沒有/dev/sdaX的概念
hiddenmenu?????#?是否顯示選單畫面
title?CentOS?6?(2.6.32-696.el6.x86_64)????#?第一個選單的名字，可以自定義
????root?(hd0,0)????#?內核文件放置的分區
????kernel?...?ro?root=?...?rhgb?quiet
????#?內核文件；讀取內核文件之后要掛載/目錄，只讀，root后跟真正的/目錄掛載的分區
????#?rhgb?表示默認圖形顯示，把啟動過程覆蓋掉
????#?quit表示系統啟動時將模塊啟動的詳細信息屏蔽，只顯示模塊啟動時候成功（ok?or?failed）
????initrd?...#?內核鏡像文件

總之，MBR就是加載內核文件的。

三、啟動內核

3.1 加載內核文件

MBR將內核文件（代碼）載入物理內存中執行，內核就是/boot/vmlinuz-2.6.32-696.el6.x86_64，觀察該文件，發現這是一個壓縮鏡像文件。

控制權轉交給內核后，內核重新檢測各種硬件信息，（第一次為POST自檢）我們前邊說了，一個完整的Linux包括內核和內核之上的程序，因此內核還要加載提供這些程序功能的模塊，然而這些模塊都在根目錄的/lib/modules/2.6.32-696.el6.x86_64下（/和/lib/modules/不能掛載不同的分區），這時候內核還沒有文件系統的概念，沒有文件系統就沒辦法掛載根目錄，想要掛載根目錄就需要相應的模塊支持，而我們原本的問題就是如何加載模塊（先有雞后有蛋的問題）。

3.2 加載initrd

/boot/initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img文件就是解決上面問題的，我們來看一下這個文件：

file?initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img?#?查看該文件類型
cp?initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img?/app
cd?/app
mv?initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img?initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img.gz
#?gzip解壓文件必須以.gz后綴
gzip?-d?initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img.gz?
file?initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img?
#?查看需要借助cpio命令
mkdir?init
cd?init
cpio?-id?<?/app/initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img?
#?解壓至/app/init目錄下

我們發現解壓之后的內容類似于真正/目錄下內容，這是因為這是一個最小化的Linux根文件系統。內核就是先把這個文件展開，形成一個虛擬文件系統，內核借虛擬文件系統裝載必要的模塊，完成后釋放該虛擬文件系統并掛載真正的根目錄。

initrd的制作：

mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

dracut /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

四、啟動第一個進程init

4.1 init進程：主要功能是準備軟件執行的環境

內核完成硬件檢測和加載模塊后，內核會呼叫第一個進程，就是/sbin/init，至此內核把控制權交給init進程

讀取初始化配置文件/etc/inittab，決定操作系統的runlevel，/etc/inittab內有這樣一句：

id:runlevel:action:process

4.2?/etc/rc.d/rc.sysinit

讀取/etc/rc.d/rc.sysinit系統初始化腳本，設置主機名，掛載/etc/fstab中的文件系統，修改/etc/sysctl.conf 的內核參數等各項系統環境。

查看該腳本內容，大致功能如下

定義主機名，如果不存在則將主機名定義為localhost；

讀取/etc/sysconfig/network文件，設置網絡環境；

掛載內存裝置/proc和USB裝置/sys，如果USB裝置存在，則會加載usb模塊并掛載usb文件系統；

接下來是SELINUX的一些相關設置；

設定text banner，顯示歡迎界面；

…

將開機啟動信息存放到/var/log/dmesg中。

4.3?/etc/rc.d/rc

執行/etc/rc.d/rc腳本，下面是/etc/rc.d/rc腳本中我們關心的代碼部分：

#?First,?run?the?KILL?scripts.
for?i?in?/etc/rc$runlevel.d/K*?;?do
#?Check?if?the?subsystem?is?already?up.
subsys=${i#/etc/rc$runlevel.d/K??}
[?-f?/var/lock/subsys/$subsys?-o?-f?/var/lock/subsys/$subsys.init?]?||?continue
check_runlevel?"$i"?||?continue
#?Bring?the?subsystem?down.
[?-n?"$UPSTART"?]?&&?initctl?emit?--quiet?stopping?JOB=$subsys
$i?stop
[?-n?"$UPSTART"?]?&&?initctl?emit?--quiet?stopped?JOB=$subsys
done
#?Now?run?the?START?scripts.
for?i?in?/etc/rc$runlevel.d/S*?;?do
#?Check?if?the?subsystem?is?already?up.
subsys=${i#/etc/rc$runlevel.d/S??}
[?-f?/var/lock/subsys/$subsys?]?&&?continue
[?-f?/var/lock/subsys/$subsys.init?]?&&?continue
check_runlevel?"$i"?||?continue

根據運行級別（0123456）進入相應的/etc/rc.d/rcN.d目錄，啟動和關閉相關的系統服務。里邊存放著一堆以K和S開頭的軟鏈接文件，分別代表對應的服務。K開頭表示該運行級別下需要把該服務殺死，S開頭表示該運行級別下需要把該服務開啟。，上訴操作都是由/etc/rc.d/rc腳本來完成的。另外我們還注意都S和K后邊的數字，他們的數字代表了讀取的順序，因為有些服務是具有一定的關聯性。

而且每個rcN.d目錄內最后都會有一個S99local文件?，該文件指向 ../rc.local腳本。

4.4?/etc/rc.d/rc.local

系統根據runlevel執行完/etc/rc.d/rcN.d中的腳本后，調用/etc/rc.d/rc.local腳本

這時候系統已經完成了各種必要系統服務的啟動，假如我們想自定義一些指令要在開機的時候啟動，我們就可以把他們放到/etc/rc.d/rc.local內，該文件默認為空。

4.5 啟動終端

接下來會由/sbin/mingetty指令啟動終端，由于系統設置啟動tty1-tty6?，所以會啟動6個命令行終端。最終呈現給我們的就是這樣一個畫面：