Linux系统的启动流程可以概括为以下几个主要阶段：BIOS/UEFI阶段、引导加载器阶段、内核引导阶段和用户空间初始化阶段。每个阶段都有其特定的任务和作用。下面是对每个阶段的详细描述：
1. BIOS/UEFI 阶段
BIOS（Basic Input/Output System）
- 加电自检（POST）：系统上电后，BIOS会执行加电自检（Power-On Self Test），检查硬件是否正常工作。
- 引导设备选择：BIOS根据预设的启动顺序，选择合适的引导设备（如HDD、SSD、CD-ROM、USB等）。
- 加载引导加载器：BIOS读取引导设备的主引导记录（MBR，位于磁盘的第一个扇区），并将控制权交给MBR中的引导加载器。
UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）
- 加电自检（POST）：与BIOS相同，进行硬件自检。
- 引导管理器：UEFI固件包含一个引导管理器，它可以直接从指定的文件系统中加载引导加载器（通常位于ESP分区）。
- 加载引导加载器：根据配置，从EFI系统分区（ESP）加载EFI引导加载程序。
2. 引导加载器阶段
引导加载器的任务是加载并启动Linux内核。常见的引导加载器有GRUB（GRand Unified Bootloader）、LILO（Linux Loader）等。
GRUB 引导过程
- 阶段1：BIOS/UEFI将控制权交给GRUB Stage 1，这个阶段代码通常很小，位于MBR或UEFI引导项中。
- 阶段1.5：在某些情况下，GRUB Stage 1.5会被加载，用于识别文件系统。这一阶段通常位于磁盘的特定扇区中。
- 阶段2：GRUB Stage 2加载GRUB配置文件（如
grub.cfg），并展示引导菜单。用户可以选择不同的内核或操作系统。 - 加载内核和initrd：根据用户选择或默认选项，GRUB加载Linux内核镜像（如
vmlinuz）和初始RAM盘（initrd或initramfs）到内存中，并启动内核。
3. 内核引导阶段
- 内核解压缩：GRUB将控制权交给内核后，内核首先解压缩自身。
- 硬件初始化：内核开始初始化硬件设备，检测和配置系统资源。
- 挂载初始RAM盘：内核挂载初始RAM盘（initrd/initramfs），该RAM盘包含了系统启动所需的临时文件系统和工具。
- 启动init进程：内核查找并运行第一个用户空间进程，即
init进程（PID 1）。传统上，这个进程是由/sbin/init提供，但现代系统中通常是systemd或其他init系统。
4. 用户空间初始化阶段
init 系统
最初的init系统是System V init，现在许多Linux发行版使用systemd作为init系统，以下分别介绍这两者：
System V init
- 运行级别：init根据预设的运行级别（runlevel）执行相应的启动脚本，这些脚本位于
/etc/rc.d/或/etc/init.d/目录下。 - 启动服务：init启动各种系统服务和守护进程，比如网络服务、登录服务等。
systemd
- Unit文件：systemd使用unit文件来定义和管理系统服务、挂载点、设备、Socket等。unit文件通常位于
/etc/systemd/system/和/usr/lib/systemd/system/目录下。 - 依赖关系：systemd并行启动服务，并根据服务之间的依赖关系来确定启动顺序，以加快系统启动速度。
- 目标（target）：systemd使用target来替代SysV init的运行级别，例如multi-user.target对应于运行级别3，graphical.target对应于运行级别5。
总结
- BIOS/UEFI阶段：进行硬件自检和初始化，加载引导加载器。
- 引导加载器阶段：加载并启动Linux内核。
- 内核引导阶段：内核初始化硬件，挂载初始RAM盘，并启动第一个用户空间进程。
- 用户空间初始化阶段：init系统（systemd或SysV init）启动各种系统服务，完成系统准备工作。
通过上述各个阶段的协同工作，Linux系统能够从上电启动一直到进入多用户、多任务的操作系统环境。
