安装启动 - linux引导过程

linux引导过程
2004-04-23 15:18 pm
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首先说明一下，这里讲的是LINUX引导经过的步骤，而不涉及KERNEL引导过程的内部细节。希望本文能对初学LINUX的朋友有所帮助。

一、从BIOS到KERNEL
计算机在接通电源之后首先由BIOS进行自检，即进行所谓的POST（Power On SelfTest），然后依据BIOS内设置的引导顺序从硬盘、软盘或CDROM中读入“引导块”。
如通常BIOS中设的引导顺序为C在最前面，那么就把C盘（第一个IDE硬盘）的第0柱面，第0头的第1个扇区读入内存，然后跳到那里开始执行。这个扇区有一个大家熟悉的名字——MBR（Main Boot Record）。换句话说，MBR里面存放的是一小段程序以及分区表的数据。在使用WIN9X和DOS时，这里面放的代码就把分区表里标记为Active的分区的第一个扇区（一般存放着操作系统的引导代码）读入内存并跳转到那里开始执行。

而在用LILO引导LINUX时，有两种选择：
(1) 把LILO安装在MBR。这时就由BIOS直接把LILO代码调入内存，然后跳转执行LILO。即
BIOS——>LILO（在MBR中）——>KERNEL
(2) 把LILO安装在LINUX分区，并把LINUX分区设为Active。这时，BIOS调入的是WIN9X/DOS下的MBR代码，然后由这段代码来调入LILO的代码（位于活动分区的第一个扇区）。即
BIOS——>MBR——>LILO（在活动分区的第一个扇区）——>KERNEL
因为在读入及执行MBR时，操作系统还没有起来，所以只能用BIOS提供的INT13来进行磁盘操作，而INT13只能读写硬盘1024柱面之前的数据，由此可知任何操作系统的引导代码必须在1024柱面之前。对于LINUX来说，不管你使用方式(1)还是方式(2)启动，都要保证KERNEL放在1024柱面之前。只有在KERNEL起来以后，才有读/写1024柱面以后数据的能力。因为LINUX不使用INT13来进行硬盘操作。从上面我们也可以看到，不存在什么“WIN95可以，而LINUX不可以”的问题，作为操作系统要能被正确引导，在现有的BIOS下，它们的引导部分都必须在1024柱面之前。如果操作系统本身还是基于INT13来进行磁盘操作的话，那么它也只能读/写1024柱面之前的数据。

内核部分
通常情况下，计算机首先用LILO程序引导内核的一部分（这部分没有被压缩），以此来引导内核的其他部分。LILO程序是最常用的、也是比较完善的LINUX系统引导器，PC机通常从硬盘的引导扇区读取这部分程序。关于LILO程序的详细内容可以参照其他资料
内核被解压缩并装入内存后，开始初始化硬件和设备驱动程序。下面是内核初始化系统的具体步骤（各个版本之间会有一定的差异，下面是2.2.16-22版本的一个例子）：
(1)检测CPU的主频和控制台的显示类型，并对CPU速度用Bogo MIPS程序进行估算。
(2) 此后内核通过外设显示系统内存信息：如131072k(128M)，127820k剩余，使用的具体情况为：1048k内核代码，412k保留，1728k数据等。尔后是各类hash table的信息。
(3) 内核加载磁盘空间限量支持，完成CPU检测（包括检查数学协处理器），以及POSIX适应性检测。
(4) 初始化PCI BIOS，检测系统的PCI设备，并加载TCP/IP网络支持。
(5) 内核开始检测其他各种硬件设备：如PS/2端口设备，串行口设备，硬盘，软盘，SCSI等。
此后，内核将启动init程序，形成系统的第一个进程。下面是dmesg记录的内核初始化信息（部分）：
………………………现实dmesg的信息

二、从KERNEL到login prompt
在KERNEL起来之后，将生成第一个进程——init，实际上是执行了/sbin/init。init的工作是根据/etc/inittab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，等等。

/etc/inittab文件的每一行包括四个域：
id:runlevels:action:process
runlevel是运行模式，通常为0-6。模式0是halt，模式6是reboot，模式1是单用户，模式2/3是多用户，模式5是运行xdm以图形界面方式登录。id为标识符，通常为两个字母。process为需要执行的程序或脚本。action包括有:
(1) defaultinit —— 指定缺省的运行模式（runlevel）
(2) sysinit —— 指定运行的第一个程序/脚本，此时runlevels域不起作用。
(3) boot —— 在sysinit之后执行，runlevels域不起作用
(4) bootwait —— 同boot，但init会等待该命令结束
(5) once —— 在进入有runlevels指定的运行模式时运行
(6) wait —— 同上，但init会等待该命令结束
(7) respawn —— 在进入相应runlevel时执行，并且若该进程结束，init会再起一个进程执行同样的命令
(icon_cool.gif ctrlaltdel —— 指定在用户按下Ctrl-Alt-Del时执行的命令

对于linux来说，执行的顺序为：
/etc/rc.d/rc.sysinit # 由init执行的第一个脚本
/etc/rc.d/rc $RUNLEVEL # $RUNLEVEL为缺省的运行模式
/sbin/mingetty # 等待用户登录

init程序部分
init程序通常在/sbin或/bin下，它负责在系统启动时运行一系列程序和脚本文件。init程序一旦被内核调用，便成为系统的第0号进程，该进程对于LINUX系统是十分重要的，有关它的详细内容请参阅其他资料。init进程做的每一步都由/etc/initab中的配置决定。以下是RadHat的/etc/inittab文件的例子：

inittab文件的每一行包含四个域，格式为：
code:runlevels:action:command
(1) code域用单个或两个字符序列来作为本行的标识，这个标识在此文件中是唯一的。文件中的某些记录必须使用特定的code才能使系统工作正常。
(2) runlevels域给出的是本行的运行级别。LINUX系统运行在一定的级别下，当inittab文件指定了某一特定的运行级别时，该记录行包含的命令将被执行。RedHat系统通常设置了7个运行级别（0-6），各运行级别的说明包含在inittab文件的开头。
(3) action域指出的是init程序执行command命令的方式。比如：只执行command一次，还是在它退出时重启。
(4) command域给出相应记录行要执行的命令
运行级别1是单用户模式，所谓单用户指的是系统运行在唯一用户--超级用户模式下。而大多数情况下，系统运行在多用户模式下。在启动出错、文件系统出错等情况下，系统将进入单用户模式，此时，系统只有很少的配置，这对于恢复系统是很必要的。
　　inittab文件首先指出缺省的运行级别（如id:3:initdefault:），我们看到上面的例子中缺省的运行级别为3。此后根据下一条记录，系统应当运行/etc/rc.d/rc.sysinit，这是一个脚本文件，主要包括基本的系统初始化命令，如激活交换分区、检查并挂上文件系统、装载部分模块等。
　　
三、/etc/rc.d/rc.sysinit及/etc/rc.d/rc
在linux中，/etc/rc.d/rc.sysinit主要做在各个运行模式中相同的初始化工作，包括：
调入keymap以及系统字体
启动swapping
设置主机名
设置NIS域名
检查（fsck）并mount文件系统
打开quota
装载声卡模块
设置系统时钟
等等。
例如系统启动进入运行模式3后，/etc/rc.d/rc3.d目录下所有以"S"开头的文件将被依次执行；系统关闭时，离开运行模式3之前，/etc/rc.d/rc3.d目录下所有以"K"开头的文件将被依次执行。
下一条记录表明每一个运行级别都要运行命令update，此程序每隔30秒把内存缓冲区的内容回写一次，称为"同步"，以防止系统崩溃或突然掉电造成的数据丢失和损坏

四、init在等待/etc/rc.d/rc执行完毕之后（因为在/etc/inittab中/etc/rc.d/rc
的action是wait），将在指定的各个虚拟终端上运行/sbin/mingetty，等待用户的登
录。至此，LINUX的启动结束。