第一部分:内核的引导(核内引导)

启动设备使用lilo或grub等引导程序开始引导Linux系统,当引导程序成功完成引导任务后,Linux从它们手中接管了CPU的控制权, 然后CPU就开始执行Linux的核心映象代码,开始了Linux启动过程。这里使用了几个汇编程序来引导Linux,这一步涉及到Linux源代码树中的“arch/i386/boot”下的这几个文件:bootsect.S、setup.S、video.S等。

其中bootsect.S是生成引导扇区的汇编源码,它完成加载动作后直接跳转到setup.S的程序入口。setup.S的主要功能就是将系统参数(包括内存、磁盘等,由BIOS返回)拷贝到特别内存中,以便以后这些参数被保护模式下的代码来读取。此外,setup.S还将video.S中的代码包含进来,检测和设置显示器和显示模式。最后,setup.S将系统转换到保护模式,并跳转到 0x100000。

0x100000这个内存地址存放的是解压后的内核,因为RedHat提供的内核包含了众多驱动和功能而显得比较大,所以在内核编译中使用了“makebzImage”方式,从而生成压缩过的内核,在RedHat中内核常常被命名为vmlinuz(也有类似initrd-2.6.11.12.img这样的命名)。在Linux的最初引导过程中,是通过"arch/i386/boot/compressed/"中的head.S利用misc.c中定义的decompress_kernel()函数,将内核vmlinuz解压到0x100000的。

当CPU跳到0x100000时,将执行"arch/i386/kernel/head.S"中的 startup_32,它也是vmlinux的入口,然后就跳转到start_kernel()中去了。start_kernel() 是"init/main.c"中的定义的函数,start_kernel()中调用了一系列初始化函数,以完成kernel本身的设置。如果顺利执行完start_kernel(),则基本的Linux核心环境已经建立起来了。

在start_kernel()的最后,通过调用kernelthread()函数,系统创建第一个核心线程init(),自身调用cpu_idle(NULL)休息。核心线程init()主要是来进行一些外设初始化的工作的,包括缓存区管理初始化(fs/buffer.c),虚拟内存管理初始化(mm/vmscan.c),文件系统初始化(fs/filesystems.c)和root文件系统的安装,调用do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的初始化。

当do_basic_setup()函数返回init(),init()又打开了/dev/console设备,重定向三个标准的输入输出文件stdin、stdout和stderr到控制台,最后,搜索文件系统中的init程序(或者由init=命令行参数指定的程序),并使用execve()系统调用加载执行init程序。到此init()函数结束,init进程从内核态切换到用户态(进程号1),内核的引导部分也到此结束了。

第二部分:运行init

init的进程号是1,是系统所有进程的起点,Linux在完成核内引导以后,就开始运行init程序(init()的最后一行)。init程序读取并执行配置文件/etc/inittab。

第三部分:系统初始化

在init的配置文件中有这么一行:

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

它调用执行了/etc/rc.d/rc.sysinit,而rc.sysinit是一个bash shell的脚本,它主要是完成一些系统初始化的工作,rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本。它主要完成的工作有:激活交换分区,检查磁盘,加载硬件模块以及其它一些需要优先执行任务。

第四部分:启动对应运行级别的守护进程

在rc.sysinit执行后,将返回init继续其它的动作,通常接下来会执行到/etc/rc.d/rc程序。以运行级别3为例,init将执行配置文件inittab中的以下这行:

l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5

这一行表示以5为参数运行/etc/rc.d/rc,/etc/rc.d/rc是一个Shell脚本,它接受数字5作为参数,去执行/etc/rc.d/rc5.d/目录下的所有的rc启动脚本。当然,/etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本实际上都是一些链接文件,而不是真正的rc启动脚本,真正的rc启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。

第五部分:建立终端

rc执行完毕后,返回init。这时基本系统环境已经设置好了,各种守护进程也已经启动了。init接下来会打开6个终端(定义在/etc/inittab中),以便用户登录系统。通过按Alt+Fn(n对应1-6)可以在这6个终端中切换。

第六部分:登录系统,启动完成

Login程序会接收终端程序传来的用户名作为用户名参数,并进行分析。如果用户名不是root,且存在/etc/nologin文件,login将输出nologin文件的内容,然后退出。这通常用来系统维护时防止非root用户登录。

只有/etc/securetty中登记了的终端才允许root用户登录,如果不存在这个文件,则root可以在任何终端上登录。/etc/usertty文件用于对用户作出附加访问限制,如果不存在这个文件,则没有其他限制。

在分析完用户名后,login将搜索/etc/passwd以及/etc/shadow来验证密码以及设置账户的其它信息,比如:主目录是什么、使用何种shell。如果没有指定主目录,将默认为根目录;如果没有指定shell,将默认为/bin/bash。

login程序成功后,会向对应的终端在输出最近一次登录的信息(在/var/log/lastlog中有记录),并检查用户是否有新邮件(在/usr/spool/mail/的对应用户名目录下)。然后开始设置各种环境变量:对于bash来说,系统首先寻找/etc/profile脚本文件,并执行它;然后如果用户的主目录中存在.bash_profile文件,就执行它。

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