Linux学习笔记6 - 系统启动流程

KAMI_STUDIO
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1.概述

  • PC上电后,CPU将进入实模式，并从地址0xFFFF0000开始执行程序代码，此地址通常为ROM-BIOS中的地址。 此时BIOS进行开机自检，并按照BIOS中设置的启动设备(通常是硬盘)进行启动，然后启动设备上安装的引导程序lilo或者grub开始引导Linux(启动设备的第一个扇区)，其时Linux才真正获得启动权。
  • Linux获得启动权后，首先进行内核的引导，主要完成磁盘引导，读取机器系统数据，实模式和保护模式的切换， 加载数据段寄存器以及重置中断描述符表等。
  • 然后执行init程序(即系统初始化的工作)，init程序调用了rc.sysinit和rc等程序，而rc.sysinit和rc在完成系统初始化和运行服务的任务后，返回init.
  • init启动mingetty,打开终端用户供用户登录系统，登录成功后就进入shell,此即完成从开机到登陆的整个启动过程。

启动流程示意图：

graph TD

 PC开机,CPU进入实模式--在ROM-BIOS:0xFFFF0000处开始执行代码-->BIOS开机自检-->安装的lilo\grub引导Linux获取启动权-->内核引导--完成磁盘引导,读取机器数据,实模式和保护模式切换等,然后返回init-->再执行init调用rc.sysinit,rc等程序-->启动mingetty,打开终端登录login--进入shell-->完成开机

2.内核引导阶段

  • 在grub或lilo等引导程序成功引导Linux系统后，Linux便从其手中接管了CPU的控制权,在启动的过程中主要用到内核源码目录的几个文件：bootsect.S、setup.S、以及compressed子目录下的head.S等。

  • Linux内核通常是经过压缩的，上面的几个重要的汇编程序，其皆在压缩内核vmlinuz中。

  • Linux提供的内核包含了众多驱动和功能，容量较大，压缩内核可以节省大量空间。

  • 压缩内核在启动时可以对自身进行解包。

内核启动文件执行流：

graph LR
    bootsect.S-->setup.S-->head.S-->main.c--start_kernel内核初始化-->调用init函数

3.init阶段

  • 在内核加载之后，由内核执行引导的第一个进程是init进程，此进程号始终为1(PID=1)。该进程根据其配置文件"/etc/inittab"主要完成一系列的初始化任务,此配置文件是该进程执行的唯一依据。
  • inittab文件除注释行外，每一行皆有其格式： id:runlevels:action:process
    • id:配置记录符
      • 由1~4个字符组成，对于getty或者mingetty等其他login程序项，要求id与tty的编号相同，否则getty程序将不能正常工作。
    • runlevels:运行级别记录符
      • 一般使用0~6以及S和s,其中0，1，6运行级别为系统保留,
        • 0:shutdown动作
        • 1：重启至单用户模式,在此模式下，用户登录不需要密码，网卡默认是不加载的，一些服务也是不能用的
        • 2：表示多用户，NFS服务不开启*
        • 3：表示命令行模式*
        • 4：保留未用*
        • 5：图形用户模式*
        • 6：重启系统
        • S/s:单用户模式，且无需inittab文件，因此也不在inittab中出现
        • 7~9：可以使用，传统的UNIX没有定义此级别
      • runlevels可以并列多个值，对多数action来说，仅当runlevel与当前运行级别匹配成功才会执行。
    • action:描述系统执行特定操作
      • 常见设置有：initdefault,sysinit,boot,bootwait,respawn等。
        • initdefault:系统默认的启动级别，即开机之后默认进入的运行级别*。
        • sysinit：系统初始化，只有系统开机或重新启动的时候，这个process才会被执行一次
        • boot：只有在引导过程中，才执行该进程，但不等待该进程的结束；当该进程死亡时，也不重新启动该进程*。
        • bootwait：只有在引导过程中，才执行该进程，并等待进程的结束；当该进程死亡时，也不重新启动该进程*。
        • respawn:表示process进程结束之后会重新启动运行*。
    • process:设置启动进程所执行的命令
  • init进程的作用是启动Linux系统服务(也就是运行在后台的守护进程)
  • Linux系统服务包括两种：
    • 第一种独立运行的系统服务，其常驻内存中，开机后一直运行。
    • 第二种是有xinet设定的服务，能够同时监听多个指定端口，根据请求需求启动不同的网络服务进程，可以将其看作是一个启动服务的服务管理器。
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