Linux系统是一种广泛使用的开源操作系统,它拥有强大的功能和灵活的配置。但是,你是否想过,当你按下电源按钮,Linux系统是如何从一片黑暗中逐步启动起来的呢?Linux系统启动的引导流程是一个复杂而精妙的过程,它涉及到硬件、固件、引导加载器、内核和用户空间等多个层次和组件。本文将详细解析Linux系统启动的引导流程,包括BIOS、MBR、GRUB、initrd、init等方面。
1)第一步firmware固件自检,主要是进行CMOS/BIOS对硬件进行POST加电自检,在物理层次上对硬件进行检测是否正常。例如检查硬盘是否插好等。
2)第二步读取硬盘中MBR的BootLoader,自启动程序,Linux下常用的自启动程序是GRUB。这一步主要的功能是载入内核。内核存放在/boot目录下
3)第三步就是载入的内核Kernel的过程,
主要功能是:1、驱动硬件,Kernel中含有大量驱动程序。2、启动init进程。
4)init进程,主要是读取/etc/inittab文件,执行缺省运行级别,从而继续引导。需要注意的是init京城的PID恒为1,是所有进程的父进程,而init进程的负景程是0,为内核调度器Kernel scheduler。
5)/etc/inittab 定义了初始化的操作。
命令主要格式是:id: runlevels : action : process
其中,如上图红框中所示
1、run-levels运行级别有7个,0—6分别如下:
0 —— halt 关机
1 —— Single user mode 单用户模式
2 —— Multiuser,withoutNFS 多用户模式但不带网络(text模式)
3 —— Full multiuser mode 完整功能的多用户模式(text模式)
4 —— unused 预留
5 —— X11 图形化多用户模式
6 —— reboot 重启
可以根据这7个运行级别来进行切换
命令为:查看当前运行级别 #runlevel、 切换运行级别 #init[0 |1 |2 |3 |4 |5 |6]
1 initdefault:指定系统缺省启动的运行级别,如上图中标出,通常用于修复,比如我们要进入单用户模式,则可以将其设置为1,不可将默认设置为0或6,否则无法启动.
2sysinit:系统启动执行process中指定的命令
由inittab文件内容可以看出,没有设置运行级别,即为无论是哪个运行级别,都会执行/etc/rc.d/rc.sysinit
6)initdefault,如第五步所说到的,主要是读取/etc/inittab中的信息,判断缺省的运行级别是什么。
7)/etc/rc.d/rc.sysinit
在inittab文件中运行到第21行,变是启动这个脚本。完成系统服务程序的启动,如系统环境变量的设置、设置系统时钟、加载字体、检查加载文件系统、生成系统启动信息日志文件等。由于是基础服务,因为其run-level设置为空::即任何级别,action设置为sysinit。即该脚本在任何运行级别下都要启动,以完成基础服务的启动
8)基础服务启动后,会执行/etc/rc.d/rc这个脚本
加载完基础服务后,就要根据不同的运行级别去启动相对应的下的目录,它的工作原理是先去判断系统的默认运行级别即第6步中的东西,然后再执行相应的rcN.d目录下的服务启动脚本如图
9)执行/etc/rc.d/rcN.d目录下的服务启动脚本
看下该目录下的内容:
其中S表示要启动的脚本,K表示要关闭的脚本
数字表示启动顺序,数值小的优先.主要是对一些服务的管理
在这一步里,需要说明一下/etc/rc.d/init.d这个目录,这个目录里放的脚本是真正的脚本,而rcN.d里放置的都是init.d目录里的软连接,也就是说所有rcN.d里的文件最终都需要来init.d里找真正的脚本
看一下具体细节:
执行到这一步,界面就会提示输入用户名和密码了,也就是说系统已经起来了,输入用户名和密码的过程后面再说,这次的引导流程就结束了
最后需要说明的是,LINUX的引导流程的思想大致相同,但细节因为版本的问题,在配置文件的名字或者是位置都不尽相同,此次我用的是CentOS版本,而Ubuntu版本是没有inittab文件和grup.conf文件的,所以如果有兴趣,大家可以按照这种思路去探索探索.
GNU GRUB(简称“GRUB”)是一个来自GNU项目的启动引导程序。GRUB是多启动规范的实现,它允许用户可以在计算机内同时拥有多个操作系统,并在计算机启动时选择希望运行的操作系统。GRUB可用于选择操作系统分区上的不同内核,也可用于向这些内核传递启动参数。
GNU GRUB的前身为Grand Unified Bootloader。它主要用于类Unix系统;同大多Linux发行版一样,GNU系统也采用GNU GRUB作为它的启动器。Solaris从10 1/06版开始在x86系统上也采用GNU GRUB作为启动器。
GRUB可动态配置;它在启动时加载配置信息,并允许在启动时修改,如选择不同的内核和initrd。为此目的,GRUB提供了一个简单的类似Bash的命令行界面,它允许用户编写新的启动顺序。
GRUB非常轻便。它支持多种可执行格式;它除了可适用于支持多启动的操作系统外,还通过链式启动功能支持诸如Windows和OS/2之类的不支持多启动的操作系统。GRUB支持所有的Unix文件系统,也支持Windows适用的FAT和NTFS文件系统,还支持LBA模式。GRUB允许用户查看它支持的文件系统里文件的内容。
GRUB具有多种用户界面。多数Linux发行版利用GRUB对图形界面的支持,提供了定制的带有背景图案的启动菜单,有时也支持鼠标。通过对GRUB的文字界面的设定,可以通过串口实现远程终端启动。
GRUB可以从网络上下载操作系统镜像,因此可以支持无盘系统。GRUB支持在启动操作系统前解压它的镜像。
与其它启动器不同,GRUB可以通过GRUB提示符直接与用户进行交互。载入操作系统前,在GRUB文本模式屏幕下键入c键可以进入GRUB命令行。在没有作业系统或者有作业系统而没有”menu.lst”文件的系统上,同样可以进入GRUB提示符。通过类似bash的命令,GRUB提示符允许用户手工启动任何操作系统。把合适的命令记录在”menu.lst”文件里,可以自动启动一个操作系统。
GRUB拥有丰富的终端命令,在命令行下使用这些命令,用户可以查看硬盘分区的细节,修改分区设置,临时重新映射磁盘顺序,从任何用户定义的配置文件启动,以及查看GRUB所支持的文件系统上的其它启动器的配置。因此,即便不知道一台电脑上安装了什么,也可以从外部设备启动一个操作系统。
GRUB采用滚动屏幕选择想要启动的操作系统。通过向”menu.lst”文件中添加相关信息,GRUB可以控制150或者更多的启动选项,在启动时用方向键进行选择。
通过链式启动,一个启动器可以启动另一个启动器。GRUB通过2到3行的命令就可以从DOS、Windows、Linux、BSD和Solaris系统启动。
尽管GRUB为类Unix系统进行了编译和打包,但也有供DOS和Windows使用的GRUB。GRUB也可以不附带任何操作系统而作为孤立系统安装。从CD上启动时运用GRUB需要1个文件,而从软盘、硬盘和USB设备上启动时需要2个文件。这些文件可以在任何支持GRUB的Linux CD上找到,用户可以很容易的找到它们。
本文详细解析了Linux系统启动的引导流程,包括BIOS、MBR、GRUB、initrd、init等方面。通过了解和掌握这些知识,我们可以更好地理解Linux系统的内部工作原理,从而更好地使用和优化Linux系统。当然,Linux系统启动的引导流程还有很多细节和变化,需要我们不断地学习和探索。