Linux启动流程详解

操作系统的启动分为两个阶段引导（boot)和启动(startup)，引导阶段开始于打开电源开关，结束于内核初始化完成和systemd进程。启动阶段接管了剩余的工作，直到操作系统进入可操作状态。

操作系统的开机引导和启动过程很容易理解，主要分为以下几个部分：

BIOS上电自检(POST)
引导装载程序(GRUB2)
内核初始化
启动systemd，其是所有进程之父

上电自检

上电自检的过程其实Linux什么也没做，上电主要由硬件部分来完成，这对于所有的操作系统都一样，接通电源后，开始执行BIOS基本输入输出系统(Basic I/O System)的POST上电自检(Power On Self Test)过程。BIOS上电自检确认硬件的基本功能正常，然后产生一个BIOS中断和INT 13H，该中断指向某个接入的可引导设备的引导扇区，它所找到的包含有效的引导记录的第一个引导扇区装在到内存中，并且内核的控制权也从引导扇区转移到此段代码。

引导扇区是引导加载器真正的第一阶段，大多数Linux发行版本使用的引导加载器有三种:GRUB、GRUB2和LILO。GRUB2是最新的，也是使用最广泛的。

GRUB2

GRUB2 全称是 GRand Unified BootLoader，Version 2（第二版大一统引导装载程序）。它是目前流行的大部分 Linux 发行版本的主要引导加载程序。GRUB2 是一个用于计算机寻找操作系统内核并加载其到内存的智能程序。

GRUB通过/boot/grub/grub.conf进行配置。而/boot/grub2/grub.cfg配置GRUB2

两个GRUB的最主要作用都是把内核加载到内存运行，基本工作方式也一致，主要阶段也保持相同，都可分为三个阶段

阶段1

如上文 POST（上电自检）阶段提到的，在 POST 阶段结束时，BIOS 将查找在接入的磁盘中查找引导记录，其通常位于 MBR（主引导记录Master Boot Record），它加载它找到的第一个引导记录中到内存中，并开始执行此代码。引导代码（及阶段 1 代码）必须非常小，因为它必须连同分区表放到硬盘的第一个 512 字节的扇区中。在传统的常规 MBR 中，引导代码实际所占用的空间大小为 446 字节。这个阶段 1 的 446 字节的文件通常被叫做引导镜像（boot.img），其中不包含设备的分区信息，分区是一般单独添加到引导记录中。

·由于引导记录必须非常的小，它不可能非常智能，且不能理解文件系统结构。因此阶段 1 的唯一功能就是定位并加载阶段 1.5 的代码。为了完成此任务，阶段 1.5 的代码必须位于引导记录与设备第一个分区之间的位置。在加载阶段 1.5 代码进入内存后，控制权将由阶段 1 转移到阶段 1.5。

阶段1.5

如上所述，阶段 1.5 的代码必须位于引导记录与设备第一个分区之间的位置。该空间由于历史上的技术原因而空闲。第一个分区的开始位置在扇区 63 和 MBR（扇区 0）之间遗留下 62 个 512 字节的扇区（共 31744 字节），该区域用于存储阶段 1.5 的代码镜像 core.img 文件。该文件大小为 25389 字节，故此区域有足够大小的空间用来存储 core.img。

因为有更大的存储空间用于阶段 1.5，且该空间足够容纳一些通用的文件系统驱动程序，如标准的 EXT 和其它的 Linux 文件系统，如 FAT 和 NTFS 等。GRUB2 的 core.img 远比更老的 GRUB1 阶段 1.5 更复杂且更强大。这意味着 GRUB2 的阶段 2 能够放在标准的 EXT 文件系统内，但是不能放在逻辑卷内。故阶段 2 的文件可以存放于 /boot 文件系统中，一般在 /boot/grub2 目录下。

注意 /boot 目录必须放在一个 GRUB 所支持的文件系统（并不是所有的文件系统均可）。阶段 1.5 的功能是开始执行存放阶段 2 文件的 /boot 文件系统的驱动程序，并加载相关的驱动程序。

阶段2

GRUB 阶段 2 所有的文件都已存放于 /boot/grub2 目录及其几个子目录之下。该阶段没有一个类似于阶段 1 与阶段 1.5 的镜像文件。相应地，该阶段主要需要从 /boot/grub2/i386-pc 目录下加载一些内核运行时模块。

GRUB 阶段 2 的主要功能是定位和加载 Linux 内核到内存中，并转移控制权到内核。内核的相关文件位于 /boot 目录下，这些内核文件可以通过其文件名进行识别，其文件名均带有前缀 vmlinuz。你可以列出 /boot 目录中的内容来查看操作系统中当前已经安装的内核。

GRUB2 跟 GRUB1 类似，支持从 Linux 内核选择之一引导启动。Red Hat 包管理器（DNF）支持保留多个内核版本，以防最新版本内核发生问题而无法启动时，可以恢复老版本的内核。默认情况下，GRUB 提供了一个已安装内核的预引导菜单，其中包括问题诊断菜单（recuse）以及恢复菜单（如果配置已经设置恢复镜像）。

阶段 2 加载选定的内核到内存中，并转移控制权到内核代码。

内核

内核文件都是以一种自解压的压缩格式存储以节省空间，它与一个初始化的内存映像和存储设备映射表都存储于 /boot 目录之下。

在选定的内核加载到内存中并开始执行后，在其进行任何工作之前，内核文件首先必须从压缩格式解压自身。一旦内核自解压完成，则加载 systemd 进程（其是老式 System V 系统的 init 程序的替代品)，并转移控制权到 systemd。

这就是引导过程的结束。此刻，Linux 内核和 systemd 处于运行状态，但是由于没有其他任何程序在执行，故其不能执行任何有关用户的功能性任务。

启动过程

启动过程紧随引导过程之后，启动过程使 Linux 系统进入可操作状态，并能够执行用户功能性任务。

systemd

systemd 是所有进程的父进程。它负责将 Linux 主机带到一个用户可操作状态（可以执行功能任务）。systemd 的一些功能远较旧式 init 程序更丰富，可以管理运行中的 Linux 主机的许多方面，包括挂载文件系统，以及开启和管理 Linux 主机的系统服务等。但是 systemd 的任何与系统启动过程无关的功能均不在此文的讨论范围。

首先，systemd 挂载在 /etc/fstab 中配置的文件系统，包括内存交换文件或分区。据此，systemd 必须能够访问位于 /etc 目录下的配置文件，包括它自己的。systemd 借助其配置文件 /etc/systemd/system/default.target 决定 Linux 系统应该启动达到哪个状态（或目标态target）。default.target 是一个真实的 target 文件的符号链接。对于桌面系统，其链接到 graphical.target，该文件相当于旧式 systemV init 方式的 runlevel 5。对于一个服务器操作系统来说，default.target 更多是默认链接到 multi-user.target，相当于 systemV 系统的 runlevel 3。 emergency.target 相当于单用户模式。

（LCTT 译注：“target” 是 systemd 新引入的概念，目前尚未发现有官方的准确译名，考虑到其作用和使用的上下文环境，我们认为翻译为“目标态”比较贴切。以及，“unit” 是指 systemd 中服务和目标态等各个对象/文件，在此依照语境译作“单元”。）

注意，所有的目标态target和服务service均是 systemd 的单元unit。

SystemV 运行级别	systemd 目标态	systemd 目标态别名	描述
	`halt.target`		停止系统运行但不切断电源。
0	`poweroff.target`	`runlevel0.target`	停止系统运行并切断电源.
S	`emergency.target`		单用户模式，没有服务进程运行，文件系统也没挂载。这是一个最基本的运行级别，仅在主控制台上提供一个 shell 用于用户与系统进行交互。
1	`rescue.target`	`runlevel1.target`	挂载了文件系统，仅运行了最基本的服务进程的基本系统，并在主控制台启动了一个 shell 访问入口用于诊断。
2		`runlevel2.target`	多用户，没有挂载 NFS 文件系统，但是所有的非图形界面的服务进程已经运行。
3	`multi-user.target`	`runlevel3.target`	所有服务都已运行，但只支持命令行接口访问。
4		`runlevel4.target`	未使用。
5	`graphical.target`	`runlevel5.target`	多用户，且支持图形界面接口。
6	`reboot.target`	`runlevel6.target`	重启。
	`default.target`		这个目标态target是总是 `multi-user.target` 或 `graphical.target` 的一个符号链接的别名。systemd 总是通过 `default.target` 启动系统。`default.target` 绝不应该指向 `halt.target`、 `poweroff.target` 或 `reboot.target`。

使用systemctl的set-default命令可更改默认的目标单元，如果要更改活动的目标单元使用systemctl isolate 目标单名

启动内核模块

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。

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。

执行/etc/rc.d/rc.local

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。

MBR启动过程

BIOS–>MBR（主引导记录）–>DPT（硬盘分区表）–>DBR（分区引导扇区）–>BootMgr–>BCD–>Winload.exe(bootmgfw.efi)–>内核加载–>BIOS中存储硬盘启动顺序，选择从哪块硬盘启动。

MBR该硬盘的0柱面，0磁头，1扇区为MBR，存储主引导记录信息（具体，主引导程序446字节+DPT硬盘分区表64字节+磁盘有效标志55AA，共512字节，即一个扇区大小）。

EFI启动流程

BIOS–>ESP分区–>启动管理器bootxxx.efi–>加载BCD文件–>读取winload.efi

启动管理器（bootxxx.efi）会首先加载BCD文件，从BCD中读取所有启动项，如果有多个启动项并且没有默认启动项就会有一个菜单来显示，当用户选中其中某个启动项后，启动管理器就会从对应的分区（通过分区GUID）中读取winload.efi，如果这时找不到winload.efi，或者winload.efi签名校验失败，就会蓝屏0xc000000e，即找不到引导文件，加载完winload.efi后，控制权就正式交给winload.efi。(该段原文：https://blog.csdn.net/yeshahayes/article/details/52806095）

LInux 开机启动之MBR引导相关推荐

linux 开机启动文件夹,Linux开机启动流程
linux开机启动详细流程图: 一.BIOS 加电自检当你按电源开关开机时,电脑会首先去启动BIOS(基本输入输出系统),BIOS一般是集成在主板上的. BIOS 的工作 1.检测连接硬件,比如显卡 ...
linux 打开上一级目录,linux开机启动过程、PATH、过滤一级目录、cd的参数、ls -lrt、命令切割日志...
第二波命令正向我方来袭 :开机启动过程.PATH.过滤一级目录.cd的参数.ls -lrt.命令切割日志 1.1 linux开机启动过程 1.1.1 开机自检(BIOS)-- MBR引导-- GRUB ...
linux开机启动详细流程图
linux开机启动详细流程图: 一.BIOS 加电自检当你按电源开关开机时,电脑会首先去启动BIOS(基本输入输出系统),BIOS一般是集成在主板上的. BIOS 的工作 1.检测连接硬件,比如显卡 ...
Linux开机启动流程分析
Linux开机启动十步骤收藏分享2012-2-6 11:15| 发布者: 红黑魂| 查看数: 1366| 评论数: 0|来自: 比特网摘要: 开机过程指的是从打开计算机电源直到LINUX显示用户登 ...
linux开机启动过程（简述）
简述linux开机启动过程第一步:加电第二步:加载BIOS设置,选择启动盘. 这是因为因为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 ...
Linux开机启动过程：从点下电源键到系统正常运行
学习内核,只要是要以柔克刚,不能急于求成.共勉 <Linux开机启动过程(1):内核引导过程> <Linux开机启动过程(2):内核启动的第一步> <Linux开机启动过 ...
linux 自启动脚本顺序,(linux开机启动脚本的顺序.doc
(linux开机启动脚本的顺序 linux开机启动脚本的顺序来源: ChinaUnix博客日期: 2009.11.07 13:54 (共有0条评论) 我要评论 ? 如果[url=javascrip ...
linux系统设置服务开机启动3种方法，Linux开机启动程序详解
linux系统设置服务开机启动方法1:.利用ntsysv伪图形进行设置,利用root登陆终端命令下输入ntsysv 回车:如下图方法2:利用命令行chkconfig命令进行设置简要说明一下ch ...
linux开机启动服务详解
http://blog.163.com/sjt_linux/blog/static/19931031920126295452884/ linux开机启动服务详解(转) 2012-07-29 17:45 ...

LInux 开机启动之MBR引导