Linux启动流程详解

Linux组成

Linux: kernel+rootfs
kernel: 进程管理、内存管理、网络管理、驱动程序、文件系统、安全功能
rootfs:程序和glibc
库：函数集合, function, 调用接口（头文件负责描述）
过程调用：procedure，无返回值
函数调用：function
程序：二进制执行文件

内核
Linux内核特点：

支持模块化：.ko（内核对象）如：文件系统，硬件驱动，网络协议等
支持内核模块的动态装载和卸载

组成部分：
核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release
ramdisk：辅助的伪根系统
CentOS 5: /boot/initrd-VERSION-release.img
CentOS 6,7: /boot/initramfs-VERSION-release.img
模块文件：/lib/modules/VERSION-release

CentOS6启动流程

1.加载BIOS的硬件信息，获取第一个启动设备
2.读取第一个启动设备MBR的引导加载程序(grub)的启动信息
3.加载核心操作系统的核心信息，核心开始解压缩，并尝试驱动所有的硬件设备
4.核心执行init程序，并获取默认的运行信息
5.init程序执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件
6.启动核心的外挂模块
7.init执行运行的各个批处理文件(scripts)
8.init执行/etc/rc.d/rc.local
9.执行/bin/login程序，等待用户登录
10.登录之后开始以Shell控制主机

启动流程的简单描述：

当用户打开电源后，BIOS开机自检，确定启动设备，安装启动设备，启动设备上面安装的GRUB开始引导Linux，Linux首先先进行内核引导，通过跟切换，执行init程序，init程序确定启动级别，根据启动级别进行系统初始化和运行的服务，然后返回init启动终端，用户通过验证成功登陆Shell，这就是一个从开机到登陆的启动过程。

一、硬件引导启动

当用户打开电源后POST开始自检，检测硬件设备是否确实或者存在故障（是否影响正常开机），如果不影响正常开机，就把任务交给BIOS。BIOS通过搜索，安装启动确定启动设备，启动项为硬盘，BIOS去读取硬盘的前512字节到内存，找到BootLoader,确定GRUB

二、GRUB引导启动内核

这一部分概况起来就是：GRUB程序加载执行并开始引导kernel程序

Boot Loader就是在操作系统内核运行之前运行的一小段程序。通过GRUB引导可以确定内核程序，因为引导扇区只有446字节，GRUB只是一个小的程序安装在里面，真正使用的在MBR后面的扇区存放，我们想使用Bootloader GRUB功能必须读取后面的文件，Bootloader GRUB功能程序的运行和加载配置选项分为三个阶段

Stage1阶段：

Stage1阶段其实就是执行系统安装时预先写入到MBR的Bootloader中的程序。

Stage1阶段的任务仅是将硬盘0柱面0磁道2扇区的内容读入内存并执行，它是Stage1.5阶段或Stage2阶段的入口，引导进入Stage1.5阶段或Stage2阶段。在此Stage1阶段，还没有识别文件系统的能力。

Stage1.5阶段：

stage1.5阶段是stage1阶段和stage2阶段的中间桥梁。stage1.5阶段具有识别启动分区文件系统的能力，此后GRUB程序便有能力去访问/boot分区下/grub目录下的 stage2文件，并将stage2载入内存执行。

Stage2阶段

Stage2阶段执行时，首先会解析GRUB程序的配置文件grub.conf，并依配置文件决定是否显示系统启动菜单。然后加载内核镜像到内存中，通过initrd程序建立RAMDisk内存虚拟根文件系统。此时控制权将转交给内核程序。

三、内核引导启动

这一部分主要是通过在内存中建立虚拟根文件系统实现相关设备的驱动并建立和切换到真正的根文件系统。

解压内核镜像加载到内存，以及initrd程序建立RAMDisk内存虚拟根文件系统后，内核开始驱动基本硬件，并调用虚拟根文件系统中的init程序加载驱动模块初始化系统中各种设备的相关配置工作，其中包括CPU、I/O、存储设备等。当所需的驱动程序加载完后，会根据grub.conf配置文件中“root=XXX”部分所指定的内容创建一个根设备，然后将根文件系统以只读的方式挂载，并切换到真正的根文件系统上，同时调用系统进程的/sbin/init程序，进入系统初始化阶段。

四、系统初始化

这一步是通过/sbin/init,init程序准备软件运行坏境，启动系统服务

通过/etc/inittab文件确定运行级别，然后去执行系统初始化脚本/etc/rc.sysinit,为用户初始化用户空间环境，在完成初始化后，根据运行级别，系统开始对应级别的目录启动服务，关闭那些不要的服务（里面S99local -> ../rc.local）用户自动服务启动脚本

运行级别：为系统运行或维护等目的而设定；0-6：7个级别
0：关机
1：单用户模式(root自动登录), single, 维护模式
2: 多用户模式，启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式
3：多用户模式，正常模式；文本界面
4：预留级别；可同3级别
5：多用户模式，正常模式；图形界面
6：重启
默认级别：3, 5
切换级别：init #
查看级别：runlevel ; who -r

[root@centos6 ~]#vim /etc/inittab
# inittab is only used by upstart for the default runlevel.
#
# ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# System initialization is started by /etc/init/rcS.conf
#
# Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf
#
# Terminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,
# with configuration in /etc/sysconfig/init.
#
# For information on how to write upstart event handlers, or how
# upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).
#
# Default runlevel. The runlevels used are:
#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
#   1 - Single user mode
#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
#
id:5:initdefault:

系统初始化脚本：/etc/rc.d/rc.sysinit

（1）设置主机名；

（2）设置欢迎信息；

（3）激活udev和selinux；

（4）挂载/etc/fstab文件中定义的所有文件系统；

（5）检测根文件系统，并以读写方式重新挂载根文件系统；（重新挂载是指根文件检测完之后）

（6）设置系统时钟；

（7）根据/etc/sysctl.conf文件来设置内核参数；

（8）激活lvm即软raid设备；

（9）激活swap设备；

（10）加载额外设备的驱动程序；（内核加载驱动只加载根文件系统的）

（11）清理操作；

/etc/rc.d/文件

etc/rc.d/rc作用为当级别切换时启动或停止服务；此脚本接受传递的参数给脚本中$runlevel变量，然后，读取/etc/rc$runlevel.d/K*和/etc/rc$runlevel.d/S*所有文件，这些文件决定了机启动后，有些服务会自动启动，有些服务没有启动。

K*：要停止的服务，K##*，优先级，数字越小，越优先关闭，依赖的服务先关闭，然后再关闭被依赖的。

S*：要启动的服务，S##*，优先级，数字越小，越是优先启动，被依赖的服务先启动，而依赖的服务后启动。

[root@centos6 ~]#ls /etc/rc.d/rc5.d/
K01smartd        K75quota_nld       S10network           S26acpid
K02oddjobd       K76ypbind          S11auditd            S26haldaemon
K05wdaemon       K84wpa_supplicant  S11portreserve       S26udev-post
K10psacct        K87restorecond     S12rsyslog           S28autofs
K10saslauthd     K88sssd            S13cpuspeed          S50bluetooth
K15htcacheclean  K89netconsole      S13irqbalance        S55sshd
K15httpd         K89rdisc           S13rpcbind           S56xinetd
K50dnsmasq       K92iptables        S15mdmonitor         S70spice-vdagentd
K50kdump         K92pppoe-server    S22messagebus        S80postfix
K60nfs           K95firstboot       S23NetworkManager    S82abrtd
K61nfs-rdma      K99rngd            S24nfslock           S83abrt-ccpp
K69rpcsvcgssd    S01sysstat         S24rpcgssd           S90crond
K73winbind       S02lvm2-monitor    S25blk-availability  S95atd
K74ntpd          S05rdma            S25cups              S99certmonger
K75ntpdate       S08ip6tables       S25netfs             S99local

五、启动终端，用户登录

这一步是用户登录shell过程

如果没有改变级别，默认情况执行/sbin/mingetty打开6个纯文本终端，让用户输入用户名和密码。输入完成后，再调用login程序，核对密码。如果密码正确，就从文件 /etc/passwd 读取该用户指定的shell，然后启动这个shell。

Linux系统启动流程图