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半年前，我写了《计算机是如何启动的？》，探讨BIOS和主引导记录的作用。
那篇文章不涉及操作系统，只与主板的板载程序有关。今天，我想接着往下写，探讨操作系统接管硬件以后发生的事情，也就是操作系统的启动流程。
这个部分比较有意思。因为在BIOS阶段，计算机的行为基本上被写死了，程序员可以做的事情并不多；但是，一旦进入操作系统，程序员几乎可以定制所有方面。所以，这个部分与程序员的关系更密切。
我主要关心的是Linux操作系统，它是目前服务器端的主流操作系统。下面的内容针对的是Debian发行版，因为我对其他发行版不够熟悉。
第一步、加载内核
操作系统接管硬件以后，首先读入 /boot 目录下的内核文件。
以我的电脑为例，/boot 目录下面大概是这样一些文件：
$ ls /boot configamd64 configamd64 grub initrdamd64 initrdamd64 Systemamd64 Systemamd64 vmlinuzamd64 vmlinuzamd64
第二步、启动初始化进程
内核文件加载以后，就开始运行第一个程序 /sbin/init，它的作用是初始化系统环境。
由于init是第一个运行的程序，它的进程编号（pid）就是1。其他所有进程都从它衍生，都是它的子进程。
第三步、确定运行级别
许多程序需要开机启动。它们在Windows叫做”服务”（service），在Linux就叫做”守护进程”（daemon）。
init进程的一大任务，就是去运行这些开机启动的程序。但是，不同的场合需要启动不同的程序，比如用作服务器时，需要启动Apache，用作桌面就不需要。Linux允许为不同的场合，分配不同的开机启动程序，这就叫做”运行级别”（runlevel）。也就是说，启动时根据”运行级别”，确定要运行哪些程序。
Linux预置七种运行级别（0-6）。一般来说，0是关机，1是单用户模式（也就是维护模式），6是重启。运行级别2-5，各个发行版不太一样，对于Debian来说，都是同样的多用户模式（也就是正常模式）。
init进程首先读取文件 /etc/inittab，它是运行级别的设置文件。如果你打开它，可以看到第一行是这样的：
idinitdefault:
initdefault的值是2，表明系统启动时的运行级别为2。如果需要指定其他级别，可以手动修改这个值。
那么，运行级别2有些什么程序呢，系统怎么知道每个级别应该加载哪些程序呢？……回答是每个运行级别在/etc目录下面，都有一个对应的子目录，指定要加载的程序。
/etc/rc0.d /etc/rc1.d /etc/rc2.d /etc/rc3.d /etc/rc4.d /etc/rc5.d /etc/rc6.d
上面目录名中的”rc”，表示run command（运行程序），最后的d表示directory（目录）。下面让我们看看 /etc/rc2.d 目录中到底指定了哪些程序。
$ ls /etc/rc2.d README S01motd S13rpcbind S14nfs-common S16binfmt-support S16rsyslog S16sudo S17apache2 S18acpid
可以看到，除了第一个文件README以外，其他文件名都是”字母S+两位数字+程序名”的形式。字母S表示Start，也就是启动的意思（启动脚 本的运行参数为start），如果这个位置是字母K，就代表Kill（关闭），即如果从其他运行级别切换过来，需要关闭的程序（启动脚本的运行参数为 stop）。后面的两位数字表示处理顺序，数字越小越早处理，所以第一个启动的程序是motd，然后是rpcbing、nfs……数字相同时，则 按照程序名的字母顺序启动，所以rsyslog会先于sudo启动。
这个目录里的所有文件（除了README），就是启动时要加载的程序。如果想增加或删除某些程序，不建议手动修改 /etc/rcN.d 目录，最好是用一些专门命令进行管理（参考这里和这里）。
第四步、加载开机启动程序
前面提到，七种预设的”运行级别”各自有一个目录，存放需要开机启动的程序。不难想到，如果多个”运行级别”需要启动同一个程序，那么这个程序的启动脚本，就会在每一个目录里都有一个拷贝。这样会造成管理上的困扰：如果要修改启动脚本，岂不是每个目录都要改一遍？
Linux的解决办法，就是七个 /etc/rcN.d 目录里列出的程序，都设为链接文件，指向另外一个目录 /etc/init.d ，真正的启动脚本都统一放在这个目录中。init进程逐一加载开机启动程序，其实就是运行这个目录里的启动脚本。
下面就是链接文件真正的指向。
$ ls -l /etc/rc2.d README S01motd init.d/motd S13rpcbind init.d/rpcbind S14nfsinit.d/nfs-common S16binfmtinit.d/binfmt-support S16rsyslog init.d/rsyslog S16sudo init.d/sudo S17apache2 init.d/apache2 S18acpid init.d/acpid
这样做的另一个好处，就是如果你要手动关闭或重启某个进程，直接到目录 /etc/init.d 中寻找启动脚本即可。比如，我要重启Apache服务器，就运行下面的命令：
$ sudo /etc/init.d/apache2 restart
/etc/init.d 这个目录名最后一个字母d，是directory的意思，表示这是一个目录，用来与程序 /etc/init 区分。
第五步、用户登录
开机启动程序加载完毕以后，就要让用户登录了。
一般来说，用户的登录方式有三种：
（1）命令行登录
（2）ssh登录
（3）图形界面登录
这三种情况，都有自己的方式对用户进行认证。
天下没有不散的宴席，也许这人间真的只有朦朦胧胧才是真。
