Linux开机启动(bootstrap)

计算机开机是一个神秘的过程。我们只是按了开机键,就看到屏幕上的进度条或者一行行的输出,直到我们到达登录界面。然而,计算机开机又是个异常脆弱的过程,我们满心期望的登录界面可能并不会出现,而是一个命令行或者错误信息。了解计算机开机过程有助于我们修复开机可能出现的问题。

最初始阶段

当我们打开计算机电源,计算机会自动从主板的BIOS(Basic Input/Output System)读取其中所存储的程序。这一程序通常知道一些直接连接在主板上的硬件(硬盘,网络接口,键盘,串口,并口)。现在大部分的BIOS允许你从软盘、光盘或者硬盘中选择一个来启动计算机。

下一步,计算机将从你所选择的存储设备中读取起始的512个字节(bytes)。如果我们从光盘启动的话,那么计算机就会读取光盘最开始的512个字节。这512个字节叫做主引导记录MBR (master boot record)。MBR会告诉电脑从该设备的某一个分区(partition)来装载引导加载程序(boot loader)。引导加载程序储存有操作系统(OS)的相关信息,比如操作系统名称,操作系统内核 (内核)所在位置等。常用的引导加载程序有GRUB和LILO。

随后,引导加载程序会帮助我们加载内核(kernel)。内核实际上是一个用来操作计算机的程序,它是计算机操作系统的内核,主要的任务是管理计算机的硬件资源,充当软件和硬件的接口。操作系统上的任何操作都要通过内核传达给硬件。Windows和Linux各自有自己内核。狭义的操作系统就是指内核,广义的操作系统包括内核以及内核之上的各种应用。

(Linus Torvalds与其说是Linux之父,不如说是Linux 内核之父。他依然负责Linux 内核的开发和维护。至于Ubuntu, Red Hat, 它们都是基于相同的内核之上,囊括了不同的应用和界面构成的一个更加完整的操作系统版本。)

实际上,我们可以在多个分区安装引导加载程序,每个引导加载程序对应不同的操作系统,在读取MBR的时候选择我们想要启动的引导加载程序。这就是多操作系统的原理。

小结:BIOS -> MBR -> 引导加载程序 -> 内核

内核

如果我们加载的是Linux内核,Linux内核开始工作。内核会首先预留自己运行所需的内存空间,然后通过驱动程序(driver)检测计算机硬件。这样,操作系统就可以知道自己有哪些硬件可用。随后,内核会启动一个init进程。它是Linux系统中的1号进程(Linux系统没有0号进程)。到此,内核就完成了在计算机启动阶段的工作,交接给init来管理。

小结: 内核 -> init process

init process

(根据boot loader的选项,Linux此时可以进入单用户模式(single user mode)。在此模式下,初始脚本还没有开始执行,我们可以检测并修复计算机可能存在的错误)

随后,init会运行一系列的初始脚本(startup scripts),这些脚本是Linux中常见的shell scripts。这些脚本执行如下功能:

设置计算机名称,时区,检测文件系统,挂载硬盘,清空临时文件,设置网络……

当这些初始脚本,操作系统已经完全准备好了,只是,还没有人可以登录。init会给出登录(login)对话框,或者是图形化的登录界面。

输入用户名(比如说vamei)和密码,DONE!

在此后的过程中,你将以用户(user)vamei的身份操作电脑。此外,根据你创建用户时的设定,Linux还会将你归到某个组(group)中,比如可以是stupid组,或者是vamei组。

所以你将是用户vamei, 同时是vamei组的组员。(注意,组vamei和用户vamei只是重名而已,就好想你可以叫Dell, 同时还是Dell公司的老板一样。你完全也可以是用户vamei,同时为stupid组的组员)

总结

BIOS -> MBR -> 引导加载程序 -> 内核 -> init process -> login

用户,组。

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