Linux操作系统引导的过程

1. 前言

在本文中我们将回顾Linux操作系统中的引导过程。操作系统如何通过不同的启动状态阶段。本文是为那些刚刚接触Linux的读者编写的。了解Linux如何启动对于在系统出现故障时有效地进行故障排除非常重要。当系统打开，几分钟后，我们得到一个登录提示。我们有没有试着找出启动序列的所有阶段都发生了什么，以及系统启动过程中幕后发生了什么。

2. 启动电源

• BIOS基本输入输出系统是一个预置在主板芯片组中的软件程序。
• BIOS加载并扫描诸如硬盘、CD-ROM、RAM等设备。
• BIOS搜索主硬盘驱动器的MBR(主引导记录:第一扇区)，扫描第一阶段加载程序(在我们的示例中，启动加载程序是(GRUB LILO)，并将职责移交给MBR。
• Boot PROM/FLASH/BIOS能够熟练地将MBR加载到RAM中并执行它。

3. MBR (Master Boot Record)

512 bytes of space –> MBR 

MBR包含了大多数操作系统的加载器信息。比如UNIX, Linux和WINDOWS。

MBR存储加载程序第阶段的二进制信息。

MBR包括第一个磁盘驱动器的物理扇区(通常是512bytes)，它不是任何分区的一部分。

放置在主磁盘驱动器上，磁道第一柱面的主扇区为0，磁头为0(这整个路径通常是为引导程序预订的)

MBR包括一个小型可执行程序和一个指定主分区的表。

BootCode(GRUB)446bytespartition1:16bytespartition2:16bytespartition3:16bytespartition4:16bytesmagicNumber:2bytes 

• MBR还记录哪个主分区是活动的。
• BIOS向第一阶段引导加载程序提交权限，第一阶段启动加载程序并随后扫描分区表，并在配置为可引导的分区上找到第二阶段启动加载程序。

4. Linux操作系统引导器Boot Loader

• 引导加载程序从第一阶段加载程序中定义，并将自身加载到RAM中。所有这些都是在几毫秒内发生的。
• 默认的第二阶段引导加载程序是GRUB (Grand Unified boot loader)或LILO (Linux加载程序)
• 一旦GRUB加载到RAM中，它就会搜索内核的位置。
• GRUB将仔细检查映射文件，以找到位于(/boot)下的内核映像并加载它。
• GRUB从/boot分区加载内核(vmlinux -version)

Linux操作系统引导器Boot Loader

5. Linux操作系统引导器之grub

GRUB为initrd - >组织RAMDISK (RAMDISK是从RAM中保留的空间)。此外，它还将initrd驱动到RAM中，以使内核准备好将自己加载到内存和依赖的模块中，这样它就可以将系统留给“init”进程

Linux操作系统引导器之grub

在Linux中，大多数驱动程序都是预先构建为模块的，这些模块是初始ram驱动器(initrd.img)，它可以保存附加模块的所有信息。因此，当内核引导时，它创建ramdrive并加载initrd.img及其相关模块。

GRUB读取/boot/grub/grub.conf 为用户选择操作系统提供了一个干净的接口。

一旦内核加载了它所依赖的模块，它就会移交给“init”进程。内核映像有一个小的、未打包的程序，它解压缩内核并运行它。

6. Linux操作系统引导过程之LILO

为了在硬盘上定位操作系统，LILO需要指示MBR。对/etc/lilo.conf进行的任何修改，它必须在MBR中更新，但是在GRUB的情况下不需要更新，它直接从文件/boot/grub/grub.conf中读取。

在/etc/lilo.conf进行更改之后，我们必须手动更新MBR

Linux操作系统引导过程之LILO

/sbin/lilo-v 

7. Linux操作系统引导过程之第二阶段

GRUB第二阶段加载程序驻留在MBR和/boot分区中。一旦GRUB加载到内存中，它就变成了第二阶段加载器。

8. Linux操作系统引导过程之第三阶段

不应该删除/initrd目录，它是内核快速访问启动系统模块所需的模块(包括设备驱动程序)的临时占位符。

9. Linux内核初始化的关键点包括：

• 初始化CPU组件，如MMU
• 初始化调度器(PID 0)
• 以rw模式挂载根文件系统
• 派生init进程(PID 1)

本质上，内核初始化做了两件事：

• 启动共享资源管理器(RAM、处理器和大容量存储)的核心系统。
• 启动单个进程/sbin/init