2024-03-21碼農

點選上方「 Linux開源社群 」，選擇「 設為星標 」

優質文章，及時送達

Linux啟動流程總的來說可以分成三個階段

Linux啟動流程圖

第一步：上電

Ø在 x86 系統中，將 1M 空間最上面的 0xF0000 到 0xFFFFF 這 64K 對映給 ROM。

Ø當電腦剛加電的時候，會做一些重設的工作，將 CS 設定為 0xFFFF，將 IP 設定為 0x0000，所以第一條指令就會指向 0xFFFF0，正是在 ROM 的範圍內。

Ø在這裏，有一個 JMP 命令會跳到 ROM 中做初始化工作的程式碼，於是，BIOS 開始進行初始化的工作

第二步：BIOS啟動

固件初始化：電腦開機後，UEFI固件會進行初始化，包括硬體初始化、自檢和載入UEFI固件驅動程式等。

啟動裝置選擇：UEFI固件會檢測並辨識可啟動的裝置，如硬碟、光碟、USB裝置等。它會根據預設的啟動順序或使用者設定的啟動選項，選擇一個可啟動的裝置作為啟動介質。

UEFI固件驅動程式載入：UEFI固件會載入裝置上的UEFI固件驅動程式，這些驅動程式負責與硬體裝置進行互動，以便後續的啟動過程能夠正常進行。

UEFI應用程式載入：UEFI固件會載入位於啟動介質上的UEFI應用程式，如引導載入程式（Bootloader）或作業系統的引導管理器。這些應用程式通常位於EFI系統分區中，以.efi檔格式存在。

引導載入程式執行：載入的引導載入程式會接管控制權，負責載入作業系統內核或其他引導元件。常見的引導載入程式有UEFI Shell、GRUB、rEFInd等。

第三步：Linux啟動

Linux啟動-引導

Ø我們可以透過BIOS界面選擇硬碟啟動項進入OS，那BIOS是怎麽發現這個硬碟裏有OS？

Ø答案就是MBR（Master Boot Record），

ØMBR是放在硬碟的第一個磁區，一共512字節，

Ø可以分成兩部份：

Ø主開機紀錄：安裝啟動載入程式的地方，446字節，

Ø分區表：記錄整個硬碟分區的的狀態此外，64字節

Linux啟動-引導EBR/VBR

Ø找到MBR後下一步做啥？

Ø(1)如果尋找分區表時發現作業系統裝在主分區，然後執行已載入的MBR中的boot loader程式碼，載入該啟用主分區的VBR中的boot loader，至此，控制權就交給了VBR的boot loader

Ø(2)如果作業系統不是裝在主分區，那麽肯定是裝在邏輯分區中，所以尋找完主分區表後會繼續尋找擴充套件分區表，直到找到EBR所在的分區，然後MBR中的boot loader將控制權交給該EBR的boot loader

Linux啟動-引導GRUB2介紹

ØGNU GRUB（GRand Unified Bootloader簡稱「GRUB」）是一個來自GNU計畫的多作業系統啟動程式。GRUB是多啟動規範的實作，它允許使用者可以在電腦內同時擁有多個作業系統，並在電腦啟動時選擇希望執行的作業系統。GRUB可用於選擇作業系統分區上的不同內核，也可用於向這些內核傳遞啟動參數。

Ø生成配置檔：grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

Ø安裝：grub2-install /dev/sda

Linux啟動-引導GRUB2載入

ØGrub2 第一個安裝的就是 boot.img，BIOS 完成任務後，會將 boot.img 從硬碟載入到記憶體中的 0x7c00 來執行。boot.img會載入 core.img。如果從硬碟啟動的話，這個磁區裏面是 diskboot.img，diskboot.img 的任務就是將 core.img 的其他部份載入進來，先是解壓縮程式 lzma_decompress.img，再往下是 kernel.img，最後是各個模組 module 對應的映像。這裏需要註意，它不是 Linux 的內核，而是 grub 的內核。

Ø隨著我們載入的東西越來越大，真實模式這 1M 的地址空間實在放不下了，所以在真正的解壓縮之前，lzma_decompress.img 做了一個重要的決定，就是呼叫 real_to_prot，切換到保護模式，這樣就能在更大的尋址空間裏面，載入更多的東西。

Linux啟動-0/1號行程

Øset_task_stack_end_magic(&init_task)。這裏面有一個參數 init_task，它的定義是 struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task)。

Ø它是系統建立的第一個行程，我們稱為 0 號行程。這是唯一一個沒有透過 fork 或者 kernel_thread 產生的行程，是行程列表的第一個。微信搜尋公眾號：架構師指南，回復：架構師領取資料。

Ø1.trap_init()中斷初始化

Ø2.mm_init()記憶體初始化

Ø3.sched_init()排程策略初始化

Ø4.vfs_caches_init()基於記憶體檔案系統rootfs初始化

Ø5.start_kernel()->rest_init()其他方面的初始化

Ørest_init 的第一大工作是，用 kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS) 建立第二個行程，這個是 1 號行程。1 號行程對於作業系統來講，有「劃時代」的意義。

Linux啟動-ramdisk

Øinit 程式是在檔案系統上的，檔案系統一定是在一個儲存裝置上的，例如硬碟。Linux 存取儲存裝置，要有驅動才能存取。如果儲存系統數目很有限，那驅動可以直接放到內核裏面，但是檔案系統的格式有很多，全都放進內核那內核就太大了。

Ø這該怎麽辦呢？

Ø我們只好先弄一個基於記憶體的檔案系統。記憶體存取是不需要驅動的，這個就是 ramdisk。這個時候，ramdisk 是根檔案系統。

Ø執行 ramdisk 上的 /init，等它執行完了就已經在使用者態了。/init 這個程式會先根據儲存系統的型別載入驅動，有了驅動就可以設定真正的根檔案系統了。有了真正的根檔案系統，ramdisk 上的 /init 會啟動檔案系統上的 init。

Linux啟動-init介紹

Ø前面0/1行程都屬於內核執行緒，ps pid=1的是init行程

Ø if (ramdisk_execute_command) {

Øret = run_init_process(ramdisk_execute_command);

Ø...... }

Ø......

Øif (!try_to_run_init_process("/sbin/init") ||

Ø!try_to_run_init_process("/etc/init") ||

Ø !try_to_run_init_process("/bin/init") ||

Ø!try_to_run_init_process("/bin/sh")) return 0

Ø它會嘗試執行 ramdisk 的「/init」，或者普通檔案系統上的「/sbin/init」「/etc/init」「/bin/init」「/bin/sh」。不同版本的 Linux 會選擇不同的檔啟動，但是只要有一個起來了就可以。

ØInit型別：

ØSysV:CentOS 5之前, 配置檔/etc/inittab

ØUpstart:CentOS 6，配置檔/etc/inittab,/etc/init/*.conf

ØSystemd:CnetOS7, 配置檔/usr/lib/system/syste,/etc/systemd/system

Linux啟動-執行級別

Linux啟動-fstab

Ø任何硬體裝置連線後，作業系統使用硬體，即需要掛載。windows只不過是自動「掛載」了，linux需要手動自己搞。在Linux系統下，例如每次掛載/dev/sdb1（例如U槽裝置檔）需要手動使用命令mount。當然，每次重新開機，開啟時，硬碟一般也是被自動掛載的，而自動掛載的資訊，就記錄在/etc/fstab檔中。

Ø 系統每次啟動都會讀取/etc/fstab中的配置內容，自動掛載該檔中被記錄的裝置和分區。

Ø 第一列：裝置檔或UUID或label（三者的區別看下面）

Ø 第二列：裝置的掛載點（空目錄）

Ø 第三列：該分區檔案系統的格式（可以使用特殊的參數auto，自動辨識分區的分區格式）

Ø 第四列：檔案系統的參數，設定格式的選項

Ø 第五列：dump備份的設定（0表示不進行dump備份，1代表每天進行dump備份，2代表不定日期的進行dump備份）

Ø 第六列：磁盤檢查設定（其實是一個檢查順序，0代表不檢查，1代表第一個檢查，2後續.一般根目錄是1，數位相同則同時檢查）