Linux不为人知的启动过程
一、绪论
Linux系统在日常工作中已经是我们朝夕相处的亲密伴侣，每次当我们按下可爱的电源键那一刻起直到出现熟悉的登陆界面。这短短的一瞬间它都经历什么那??
二、Linux启动过程
对于一台安装了Linux系统的主机来说，当我们按下开机按钮时一共要经历这几个阶段。
其中，每个过程都执行了自己该做的初始化部分的事情，有些过程又可分为好几个子过程。接下来，我们就对每个阶段做一个详细分析和讲解。
三、BIOS自检那些事
稍有计算机基础的人都应该听过BIOS(Basic Input / Output System)，又称基本输入输出系统，可以视为是一个永久地记录在ROM中的一个软件，是操作系统输入输出管理系统的一部分。早期的BIOS芯片确实是"只读"的，里面的内容是用一种烧录器写入的，一旦写入就不能更改，除非更换芯片。现在的主机板都使用一种叫Flash EPROM的芯片来存储系统BIOS，里面的内容可通过使用主板厂商提供的擦写程序擦除后重新写入，这样就给用户升级BIOS提供了极大的方便。
BIOS的功能由两部分组成，分别是POST码和Runtime服务。POST阶段完成后它将从存储器中被清除，而Runtime服务会被一直保留，用于目标操作系统的启动。
BIOS两个阶段所做的详细工作如下：
步骤1：上电自检POST(Power-on self test)，主要负责检测系统外围关键设备（如：CPU、内存、显卡、I/O、键盘鼠标等）是否正常。例如，最常见的是内存松动的情况，BIOS自检阶段会报错，系统就无法启动起来；
步骤2：步骤1成功后，便会执行一段小程序用来枚举本地设备并对其初始化。这一步主要是根据我们在BIOS中设置的系统启动顺序来搜索用于启动系统的驱动器，如硬盘、光盘、U盘、软盘和网络等。我们以硬盘启动为例，BIOS此时去读取硬盘驱动器的第一个扇区(MBR，512字节)，然后执行里面的代码。至此，BIOS的任务就完成了，此后将系统启动的控制权移交到MBR部分的代码。
四、系统引导
我们首先来了解一下MBR，它是Master Boot Record的缩写。硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区。它由三个部分组成，主引导程序(Bootloader)、硬盘分区表DPT（Disk Partition table）和硬盘有效标志（55AA），其结构图如下所示：
磁盘分区表包含以下三部分：
- Partition ID （5：延申 82：Swap 83：Linux 8e：LVM fd：RAID）
- Partition起始磁柱
- Partition的磁柱数量
通常情况下，诸如lilo、grub这些常见的引导程序都直接安装在MBR中。
我们以grub为例来分析这个引导过程
grub有两个作用：
- 加载扇区
- 加载内核
首先加载 /boot/grub
- grub加载第一个文件是stage1，此时只能识别ext3系统文件。
- 加载完stage1后才能加载stage1.5，stage1.5有很多文件格式，当加载完stage1.5后能够识别其他的文件格式。
- grub 加载stage2就可以看到开机画面。
- grub加载完tage2开始加载内核，首先加载kenal
- 内核都是模块化内核的路径是 /lib/modules/
6.Grub在加载内核的同时也在加载驱动文件。只有加载完驱动后才能识别硬盘.
五、加载第一个程序
加载第一个程序 /sbin/init 加载这个程序会运行 /etc/inittab 配置文件这里主要设置了启动默认进入的级别。
一共有7个运行级别路径为 /etc/rc.d
- 0-----关机
- 1------单用户模式
- 2----单用户不能用nfs
- 3-----字符模式
- 4------未定义
- 5------图形界面
- 6-----重启
我们预览下init脚本主要是加载各种存储介质相关的设备驱动程序。当所需的驱动程序加载完后，会创建一个根设备，然后将根文件系统rootfs以只读的方式挂载。这一步结束后，释放未使用的内存，转换到真正的根文件系统上面去，同时运行/sbin/init程序，执行系统的1号进程。此后系统的控制权就全权交给/sbin/init进程了。
六、初始化系统
到这里就是就快要看到曙光啦，接下来就是最后一步初始化系统。
/sbin/init进程是系统其他所有进程的父进程，当它接管了系统的控制权之后，它首先会去读取/etc/inittab文件来执行相应的脚本进行系统初始化，如设置键盘、字体，装载模块，设置网络等。主要包括以下工作：
- 执行系统初始化脚本(/etc/rc.d/rc.sysinit)，对系统进行基本的配置，以读写方式挂载根文件系统及其它文件系统，到此系统算是基本运行起来了，后面需要进行运行级别的确定及相应服务的启动。
- 执行/etc/rc.d/rc脚本。该文件定义了服务启动的顺序是先K后S，而具体的每个运行级别的服务状态是放在/etc/rc.d/rc*.d（*=0~6）目录下，所有的文件均是指向/etc/init.d下相应文件的符号链接。rc.sysinit通过分析/etc/inittab文件来确定系统的启动级别，然后才去执行/etc/rc.d/rc*.d下的文件。
/etc/init.d-> /etc/rc.d/init.d
/etc/rc ->/etc/rc.d/rc
/etc/rc*.d ->/etc/rc.d/rc*.d
/etc/rc.local-> /etc/rc.d/rc.local
/etc/rc.sysinit-> /etc/rc.d/rc.sysinit也就是说，/etc目录下的init.d、rc、rc*.d、rc.local和rc.sysinit均是指向/etc/rc.d目录下相应文件和文件夹的符号链接。
执行用户自定义引导程序/etc/rc.d/rc.local。执行/etc/rc.d/rc3.d/S99local时，它就是在执行/etc/rc.d/rc.local。S99local是指向rc.local的符号链接。就是一般来说，自定义的程序不需要执行上面所说的繁琐的建立shell增加链接文件的步骤，只需要将命令放在rc.local里面就可以了，这个shell脚本就是保留给用户自定义启动内容的。
3.完成了系统所有的启动任务后，linux会启动终端或X-Window来等待用户登录。tty1,tty2,tty3...这表示在运行等级1，2，3，4的时候，都会执行"/sbin/mingetty"，而且执行了6个，所以linux会有6个纯文本终端，mingetty就是启动终端的命令。
除了这6个之外还会执行"/etc/X11/prefdm-nodaemon"这个主要启动X-Window
至此，系统就启动完毕了。