Linux 操作系统启动过程 【以Ubuntu 12.04 为例】

主要来自参考的第一篇文章,参考的第一篇文章写的很好。

经过自己的整理后发现,Linux 启动过程工作内容基本相同,但是每步所用到的文件就不一样了。

一、启动步骤

1、启动第一步--加载BIOS

当你打开计算机电源,计算机会首先加载BIOS信息(嵌入式的bootloader??),BIOS信息是如此的重要,以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后,计算机心里就有谱了,知道应该去读取哪个硬件设备了。

2、启动第二步--读取MBR

众所周知,硬盘上第0磁道第一个扇区被称为MBR,也就是Master Boot Record,即主引导记录,它的大小是512字节,别看地方不大,可里面却存放了预启动信息、分区表信息。系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后,就会将其复制到0×7c00地址所在的物理内存中。其实被复制到物理内存的内容就是Boot Loader,而具体到你的电脑,那就是lilo或者grub了。

3、启动第三步--Boot Loader

Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序,我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核做好一切准备。

Boot Loader有若干种,其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的Loader。Grub 可能大家比较熟悉,下面的第二大点也会涉及到grub。

4、启动第四步--加载内核

根据grub设定的内核映像所在路径,系统读取内存映像,并进行解压缩操作。此时,屏幕一般会输出“Uncompressing Linux”的提示。当解压缩内核完成后,屏幕输出“OK, booting the kernel”。

系统将解压后的内核放置在内存之中,并调用start_kernel()函数来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备,完成Linux核心环境的建立。至此,Linux内核已经建立起来了,基于Linux的程序应该可以正常运行了。

5、启动第五步--用户层init依据inittab文件来设定运行等级

Linux 运行等级:

内核被加载后,第一个运行的程序便是/sbin/init,该程序会读取/etc/inittab文件,并依据此文件来进行初始化工作。

其实/etc/inittab文件最主要的作用就是设定Linux的运行等级,其设定形式是“:id:5:initdefault:”,这就表明Linux需要运行在等级5上。

在 Ubuntu 下与 /etc/inittab 对应的文件是 /etc/init/rc-sysinit.conf。本机的 /etc/init/rc-sysinit.conf 文件内容如下:

# rc-sysinit - System V initialisation compatibility## This task runs the old System V-style system initialisation scripts,# and enters the default runlevel when finished.description"System V initialisation compatibility"author"Scott James Remnant <scott@netsplit.com>"start on (filesystem and static-network-up) or failsafe-bootstop on runlevel# Default runlevel, this may be overriden on the kernel command-line# or by faking an old /etc/inittab entryenv DEFAULT_RUNLEVEL=2emits runlevel# There can be no previous runlevel here, but there might be old# information in /var/run/utmp that we pick up, and we don't want# that.## These override thatenv RUNLEVEL=env PREVLEVEL=console outputenv INIT_VERBOSEtaskscript    # Check for default runlevel in /etc/inittab    if [ -r /etc/inittab ]    theneval "$(sed -nre 's/^[^#][^:]*:([0-6sS]):initdefault:.*/DEFAULT_RUNLEVEL="\1";/p' /etc/inittab || true)"    fi    # Check kernel command-line for typical arguments    for ARG in $(cat /proc/cmdline)    docase "${ARG}" in-b|emergency)    # Emergency shell    [ -n "${FROM_SINGLE_USER_MODE}" ] || sulogin    ;;[0123456sS])    # Override runlevel    DEFAULT_RUNLEVEL="${ARG}"    ;;-s|single)    # Single user mode    [ -n "${FROM_SINGLE_USER_MODE}" ] || DEFAULT_RUNLEVEL=S    ;;esac    done    # Run the system initialisation scripts    [ -n "${FROM_SINGLE_USER_MODE}" ] || /etc/init.d/rcS    # Switch into the default runlevel    telinit "${DEFAULT_RUNLEVEL}"end script

6、启动第六步--init进程执行rc.sysinit Ubuntu下文件不一样

在设定了运行等级后,Linux系统执行的第一个用户层文件就是/etc/rc.d/rc.sysinit脚本程序,它做的工作非常多,包括设定PATH、设定网络配置(/etc/sysconfig/network)、启动swap分区、设定/proc等等。如果你有兴趣,可以到/etc/rc.d中查看一下rc.sysinit文件,里面的脚本够你看几天的:P

7、启动第七步--启动内核模块 Ubuntu下文件不一样

具体是依据/etc/modules.conf文件或/etc/modules.d目录下的文件来装载内核模块。

8、启动第八步--执行不同运行级别的脚本程序

根据运行级别的不同,系统会运行rc0.d到rc6.d中的相应的脚本程序,来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。

9、启动第九步--执行/etc/rc.d/rc.local Ubuntu下文件不一样

你如果打开了此文件,里面有一句话,读过之后,你就会对此命令的作用一目了然:

# This script will be executed *after* all the other init scripts.# You can put your own initialization stuff in here if you don’t# want to do the full Sys V style init stuff.

rc.local就是在一切初始化工作后,Linux留给用户进行个性化的地方。你可以把你想设置和启动的东西放到这里。

10、启动第十步--执行/bin/login程序,进入登录状态

此时,系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了,你已经可以用自己的帐号登入系统了。

二、第三第四步详解

grub一个来自GNU项目的多操作系统启动程序。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。

系统的启动是从读取grub.cfg(Ubuntu下是grub.cfg,不同操作系统,类似功能的文件名可能是menu.lst或grub.lst)开始的,grub.cfg文件的位置是在/boot/grub目录下。如果电脑上安装的是双系统的话,也可以通过修改grub.cfg文件,改变系统的启动项的排列顺序、等待时间等。

将文件打开后文件中有这么一段:(一开始 Windows 7 是在最下面的,我把 Windows 7 那项剪切到Ubuntu 的下面,这样每次启动的时候基本上就只要在第一第二项选择了)

这是一个标准的ubuntu引导菜单,menuentry那一行显示了该项目的名称,insmod是Linux下的指令,是加载模块的意思。

我们已经知道,IDE接口的硬盘是hd表示,SATA和SCSI接口的硬盘都是sd表示,那为什么grub文件有一行“setroot='(hd0,8)’”代码呢?不应该是“sd”吗?通过在网上查找的相关资料,对于grub文件来说,硬盘都是用hd表示的,磁盘号是从0开始计算的,分区号是则是从1开始计算的(grub2是从1开始计算的,grub1是从0开始计算的),而对于Linux内核来说,IDE硬盘是hd表示的,SATA硬盘是用sd表示的,磁盘序号从a开始计算的,分区号是从1开始计算的。我电脑中的Linux系统是 Ubuntu 12.04 LTS 版本,grub文件是grub2版本。所以grub文件中的(hd0,8)代表的是第一块硬盘上的第八个分区即sda8。

search指令是寻找内核的意思,这就真正进入了Linux系统的引导过程,内核的存放位置是在/boot目录下。下面一行中的linux是一个指令,它告诉grub程序使用后面给出的内核,于是这个名为“vmlinuz-3.5.0-40-generic”的内核就被载入内存,并读取“root=UUID=abdb3fa2-45cd-447d-8cc5-83cf326195bd”这个分区的一些必要的文件。

第一个启动项的最后一行的命令的意思是:用名为“/initrd.img-2.6.32-33-generic”的文件先在内存中构造一个“虚拟”的根文件系统,以便于内核检测完硬件信息后载入必需的模块等等。

grub的工作到此结束,下面将由Linux内核接管电脑的控制权,开始初始化阶段。到目前为止还没有挂载根分区。然后Linux系统会读取一个名为fstab的文件,并按照其中的指令逐行的执行,下面来看一下fstab文件(/etc/fstab)。

#号开头的行是注释,是说明性的文字,在执行指令的时候并不会执行它。 linux挂载分区的时候将自上而下,顺序执行。第一个起作用的行是proc,关于proc的介绍请查看http://www.2cto.com/os/201202/119553.html 首先要将sda7挂载到”/”下,这就是linux最先被挂载的根分区;然后继续把sda8挂载到“/ToExtendUbuntu”,sda6“挂载”到交换分区,这个交换分区有点特殊,因为他并没有被“附属”于/,而是独立使用的。 到此为止,Linux中系统用到的分区都已经挂载完毕。可以使用系统了。

参考:http://blog.csdn.net/armlinuxww/article/details/9333793

http://www.2cto.com/os/201202/119554.html 第3点

在人生的大海中,我们虽然不能把握风的大小,却可以调整帆的方向。

Linux  操作系统启动过程 【以Ubuntu 12.04 为例】

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