Linux系统开机启动过程分析
啟動第一步——加載BIOS
當你打開計算機電源，計算機會首先加載BIOS信息，BIOS信息是如此的重要，以至于計算機必須在最開始就找到它。這是因為BIOS中包含了CPU的相關信息、設備啟動順序信息、硬盤信息、內存信息、時鐘信息、PnP特性等等。在此之后，計算機心里就有譜了，知道應該去讀取哪個硬件設備了。在BIOS將系統的控制權交給硬盤第一個扇區之后，就開始由Linux來控制系統了。
啟動第二步——讀取MBR
硬盤上第0磁道第一個扇區被稱為MBR，也就是Master Boot Record，即主引導記錄，它的大小是512字節，可里面卻存放了預啟動信息、分區表信息?？煞譃閮刹糠?#xff1a;第一部分為引導（PRE-BOOT）區，占了446個字節；第二部分為分區表（PARTITION PABLE），共有66個字節，記錄硬盤的分區信息。預引導區的作用之一是找到標記為活動（ACTIVE）的分區，并將活動分區的引導區讀入內存。
系統找到BIOS所指定的硬盤的MBR后，就會將其復制到0×7c00地址所在的物理內存中。其實被復制到物理內存的內容就是Boot Loader，而具體到你的電腦，那就是lilo或者grub了。
啟動第三步——Boot Loader
Boot Loader 就是在操作系統內核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態，以便為最終調用操作系統內核做好一切準備。通常，BootL oade：是嚴重地依賴于硬件而實現的，不同體系結構的系統存在著不同的Boot Loader.
Linux的引導扇區內容是采用匯編語言編寫的程序，其源代碼在arch/i386/boot中（不同體系的CPU有其各自的boot目錄），有4個程序文件：
◎bootsect.S，引導扇區的主程序，匯編后的代碼不超過512字節，即一個扇區的 大 小
◎setup.S， 引導輔助程序
◎edd.S，輔助程序的一部分，用于支持BIOS增強磁盤設備服務
◎video.S，輔助程序的另一部分，用于引導時的屏幕顯示
Boot Loader有若干種，其中Grub、Lilo和spfdisk是常見的Loader，這里以Grub為例來講解吧。
系統讀取內存中的grub配置信息（一般為menu.lst或grub.lst），并依照此配置信息來啟動不同的操作系統。
啟動第四步——加載內核
根據grub設定的內核映像所在路徑，系統讀取內存映像，并進行解壓縮操作。此時，屏幕一般會輸出“Uncompressing Linux”的提示。當解壓縮內核完成后，屏幕輸出“OK， booting the kernel”。
系統將解壓后的內核放置在內存之中，并調用start_kernel（）函數來啟動一系列的初始化函數并初始化各種設備，完成Linux核心環境的建立。至此，Linux內核已經建立起來了，基于Linux的程序應該可以正常運行了。
start_kenrel（）定義在init/main.c中，它就類似于一般可執行程序中的main（）函數，系統在此之前所做的僅僅是一些能讓內核程序最低限度執行的初始化操作，真正的內核初始化過程是從這里才開始。函數start_kerenl（）將會調用一系列的初始化函數，用來完成內核本身的各方面設置，目的是最終建立起基本完整的Linux核心環境。
start_kernel（）中主要執行了以下操作：
（1） 在屏幕上打印出當前的內核版本信息。
（2） 執行setup_arch（），對系統結構進行設置。
（3）執行sched_init（），對系統的調度機制進行初始化。先是對每個可用CPU上的runqueque進行初始化；然后初始化0號進程（其task struct和系統空M堆棧在startup_32（）中己經被分配）為系統idle進程，即系統空閑時占據CPU的進程。
（4）執行parse_early_param（）和parsees_args（）解析系統啟動參數。
（5）執行trap_in itQ，先設置了系統中斷向量表。0-19號的陷阱門用于CPU異常處理；然后初始化系統調用向量；最后調用cpu_init（）完善對CPU的初始化，用于支持進程調度機制，包括設定標志位寄存器、任務寄存器、初始化程序調試相關寄存器等等。
（6）執行rcu_init（），初始化系統中的Read-Copy Update互斥機制。
（7）執行init_IRQ（）函數，初始化用于外設的中斷，完成對IDT的最終初始化過程。
（8）執行init_timers（）， softirq_init（）和time_init（）函數，分別初始系統的定時器機制，軟中斷機制以及系統日期和時間。
（9）執行mem_init（）函數，初始化物理內存頁面的page數據結構描述符，完成對物理內存管理機制的創建。
（10）執行kmem_cache_init（），完成對通用slab緩沖區管理機制的初始化工作。
（11）執行fork_init（），計算出當前系統的物理內存容量能夠允許創建的進程（線程）數量。
（12）執行proc_caches_init（） ， bufer_init（）， unnamed_dev_init（） ，vfs_caches_init（）， signals_init（）等函數對各種管理機制建立起專用的slab緩沖區隊列。
（13 ）執行proc_root_init（）Wl數，對虛擬文件系統/proc進行初始化。
在 start_kenrel（）的結尾，內核通過kenrel_thread（）創建出第一個系統內核線程（即1號進程），該線程執行的是內核中的init（）函數，負責的是下一階段的啟動任務。最后調用cpues_idle（）函數：進入了系統主循環體口默認將一直執行default_idle（）函數中的指令，即CPU的halt指令，直到就緒隊列中存在其他進程需要被調度時才會轉向執行其他函數。此時，系統中唯一存在就緒狀態的進程就是由kerne_hread（）創建的init進程（內核線程），所以內核并不進入default_idle（）函數，而是轉向init（）函數繼續啟動過程。
啟動第五步——用戶層init依據inittab文件來設定運行等級
內核被加載后，第一個運行的程序便是/sbin/init，該文件會讀取/etc/inittab文件，并依據此文件來進行初始化工作。
其實/etc/inittab文件最主要的作用就是設定Linux的運行等級，其設定形式是“：id：5：initdefault：”，這就表明Linux需要運行在等級5上。Linux的運行等級設定如下：
0：關機
1：單用戶模式
2：無網絡支持的多用戶模式
3：有網絡支持的多用戶模式
4：保留，未使用
5：有網絡支持有X-Window支持的多用戶模式
6：重新引導系統，即重啟
啟動第六步——init進程執行rc.sysinit
在設定了運行等級后，Linux系統執行的第一個用戶層文件就是/etc/rc.d/rc.sysinit腳本程序，它做的工作非常多，包括設定PATH、設定網絡配置（/etc/sysconfig/network）、啟動swap分區、設定/proc等等。如果你有興趣，可以到/etc/rc.d中查看一下rc.sysinit文件。
線程init的最終完成狀態是能夠使得一般的用戶程序可以正常地被執行，從而真正完成可供應用程序運行的系統環境。它主要進行的操作有：
（1） 執行函數do_basic_setup（），它會對外部設備進行全面地初始化。
（2） 構建系統的虛擬文件系統目錄樹，掛接系統中作為根目錄的設備（其具體的文 件系統已經在上一步驟中注冊）。
（3） 打開設備/dev/console，并通過函數sys_dup（）打開的連接復制兩次，使得文件號0，1 ，2 全部指向控制臺。這三個文件連接就是通常所說的“標準輸入”stdin，“標準輸出”stdout和“標準出錯信息”stderr這三個標準I/O通道。
（4） 準備好以上一切之后，系統開始進入用戶層的初始化階段。內核通過系統調用execve（）加載執T子相應的用戶層初始化程序，依次嘗試加載程序"/sbin/initl"，" /etc/init"，" /bin/init'，和“/bin/sh.只要其中有一個程序加載獲得成功，那么系統就將開始用戶層的初始化，而不會再回到init（）函數段中。至此，init（）函數結束，Linux內核的引導 部分也到此結束。
啟動第七步——啟動內核模塊
具體是依據/etc/modules.conf文件或/etc/modules.d目錄下的文件來裝載內核模塊。
啟動第八步——執行不同運行級別的腳本程序
根據運行級別的不同，系統會運行rc0.d到rc6.d中的相應的腳本程序，來完成相應的初始化工作和啟動相應的服務。
啟動第九步——執行/etc/rc.d/rc.local
你如果打開了此文件，里面有一句話，讀過之后，你就會對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留給用戶進行個性化的地方。你可以把你想設置和啟動的東西放到這里。
啟動第十步——執行/bin/login程序，進入登錄狀態
此時，系統已經進入到了等待用戶輸入username和password的時候了，你已經可以用自己的帳號登入系統了。
1： 啟動電源后，主機第一步先做的就是查詢BIOS（全稱：basic input/output system 基本輸入輸出系統）信息。了解整個系統的硬件狀態，如CPU，內存，顯卡，網卡等。嗯，這一步windows算和它是一家。不分彼此。
2： 接下來，就是主機讀取MBR（硬盤的第一個扇區）里的boot loader了。這個可是重點哦，據說troubleshooting里就會考這點，給個壞了的loader，叫你修正。windows不支持linux的分區格式。所以，用windows的boot.ini是查不到linux的系統的。一般我裝系統都是先裝 windows再裝linux，然后用grub來做boot loader.兩個字：省心！因為linux不像windows那么小氣。grub可是支持windows分區格式的哦。
3： 接上一步，主機讀取boot loader后，會讀取里面的信息，知道誰跟誰是待在哪，假如主機想進入linux系統，讀取到linux核心是在/boot文件目錄中后，將此核心加載到內存中。開始了接下來的分析啟動之旅。
4： OK，第一個運行程序是誰？就是/sbin/init程序。不信，就用top程序看下，是不是PID為1的就是這個東東，它，可是萬物之祖啊，我簡稱它是女媧娘娘（不喜歡亞當夏娃）。
。 5： init首先查找啟動等級（run-level）。因為啟動等級不同，其運行腳本（也就是服務）會不同。默認的等級有以下幾項：
0 - halt （系統直接關機）
1 - single user mode （單人模式，用于系統維護時使用）
2 - Multi-user， without NFS （類似3模式，不過少了NFS服務）
3 - Full multi-user mode （完整模式，不過，是文本模式
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Linux系统开机启动过程分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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