Linux系統開機啟動…….

Linux系統開機啟動時的工作原理也是深入瞭解Linux系統核心工作原理的一個很好的途徑。
    啟動第一步--載入BIOS
    當你開啟電腦電源，電腦會首先載入BIOS資訊，BIOS資訊是如此的重要，以至於電腦必須在最開始就找到它。這是因為BIOS中包含了CPU的相關資訊、裝置啟動順序資訊、硬碟資訊、記憶體資訊、時鐘資訊、PnP特性等等。在此之後，電腦心裡就有譜了，知道應該去讀取哪個硬體裝置了。在BIOS將系統的控制權交給硬碟第一個扇區之後，就開始由Linux來控制系統了。
    啟動第二步--讀取MBR
    硬碟上第0磁軌第一個扇區被稱為MBR，也就是Master Boot Record，即主引導記錄，它的大小是512位元組，可裡面卻存放了開機前資訊、分區表資訊。可分為兩部分：第一部分為引導(PRE-BOOT)區，佔了446個位元組;第二部分為分區表(PARTITION PABLE)，共有66個位元組，記錄硬碟的分區資訊。預引導區的作用之一是找到標記為活動(ACTIVE)的分區，並將使用中的磁碟分割的引導區讀入記憶體。
    系統找到BIOS所指定的硬碟的MBR後，就會將其複製到0×7c00地址所在的實體記憶體中。其實被複製到實體記憶體的內容就是Boot Loader，而具體到你的電腦，那就是lilo或者grub了。
    啟動第三步--Boot Loader
    Boot Loader 就是在作業系統核心運行之前啟動並執行一段小程式。通過這段小程式，我們可以初始化硬體裝置、建立記憶體空間的映射圖，從而將系統的軟硬體環境帶到一個合適的狀態，以便為最終叫用作業系統核心做好一切準備。通常，BootL oade:是嚴重地依賴於硬體而實現的，不同體繫結構的系統存在著不同的Boot Loader。
    Linux的開機磁區內容是採用組合語言編寫的程式，其原始碼在arch/i386/boot中(不同體系的CPU有其各自的boot目錄)，有4個程式檔案：
    ◎bootsect.S，開機磁區的主程式，彙編後的代碼不超過512位元組，即一個扇區的 大 小
    ◎setup.S， 引導輔助程式
    ◎edd.S,輔助程式的一部分，用於支援BIOS增強磁碟裝置服務
    ◎video.S,輔助程式的另一部分，用於引導時的螢幕顯示
    Boot Loader有若干種，其中Grub、Lilo和spfdisk是常見的Loader，這裡以Grub為例來講解吧。
    系統讀取記憶體中的grub配置資訊(一般為menu.lst或grub.lst)，並依照此配置資訊來啟動不同的作業系統。
    啟動第四步--載入核心
    根據grub設定的核心映像所在路徑，系統讀取記憶體映像，並進行解壓縮操作。此時，螢幕一般會輸出“Uncompressing Linux”的提示。當解壓縮核心完成後，螢幕輸出“OK, booting the kernel”。
    系統將解壓後的核心放置在記憶體之中，並調用start_kernel()函數來啟動一系列的初始化函數並初始化各種裝置，完成Linux核心環境的建立。至此，Linux核心已經建立起來了，基於Linux的程式應該可以正常運行了。
    start_kenrel()定義在init/main.c中，它就類似於一般可執行程式中的main()函數，系統在此之前所做的僅僅是一些能讓核心程式最低限度執行的初始化操作，真正的核心初始化過程是從這裡才開始。函數start_kerenl()將會調用一系列的初始化函數，用來完成核心本身的各方面設定，目的是最終建立起基本完整的Linux核心環境。
    start_kernel()中主要執行了以下操作：
    (1) 在螢幕上列印出當前的核心版本資訊。
    (2) 執行setup_arch()，對系統結構進行設定。
    (3)執行sched_init()，對系統的調度機制進行初始化。先是對每個可用CPU上的runqueque進行初始化;然後初始化0號進程(其task struct和系統空M堆棧在startup_32()中己經被分配)為系統idle進程，即系統空閑時佔據CPU的進程。
    (4)執行parse_early_param()和parsees_args()解析系統啟動參數。
    (5)執行trap_in itQ，先設定了系統中斷向量表。0-19號的陷阱門用於CPU異常處理;然後初始化系統調用向量;最後調用cpu_init()完善對CPU的初始化，用於支援進程調度機制，包括設定標誌位寄存器、任務寄存器、初始化程式調試相關寄存器等等。
    (6)執行rcu_init()，初始化系統中的Read-Copy Update互斥機制。
    (7)執行init_IRQ()函數，初始化用於外設的中斷，完成對IDT的最終初始化過程。
    (8)執行init_timers()， softirq_init()和time_init()函數，分別初始系統的定時器機制，非強制中斷機制以及系統日期和時間。
    (9)執行mem_init()函數，初始化實體記憶體頁面的page資料結構描述符，完成對實體記憶體管理機制的建立。
    (10)執行kmem_cache_init()，完成對通用slab緩衝區管理機制的初始化工作。
    (11)執行fork_init()，計算出當前系統的實體記憶體容量能夠允許建立的進程(線程)數量。
    (12)執行proc_caches_init() , bufer_init()， unnamed_dev_init() ,vfs_caches_init()， signals_init()等函數對各種管理機制建立起專用的slab緩衝區隊列。
    (13 )執行proc_root_init()Wl數，對虛擬檔案系統/proc進行初始化。
    在 start_kenrel()的結尾，核心通過kenrel_thread()建立出第一個系統核心線程(即1號進程)，該線程執行的是核心中的init()函數，負責的是下一階段的啟動任務。最後調用cpues_idle()函數：進入了系統主迴圈體口預設將一直執行default_idle()函數中的指令，即CPU的halt指令，直到就緒隊列中存在其他進程需要被調度時才會轉向執行其他函數。此時，系統中唯一存在就緒狀態的進程就是由kerne_hread()建立的init進程(核心線程)，所以核心並不進入default_idle()函數，而是轉向init()函數繼續啟動過程。
    啟動第五步--使用者層init依據inittab檔案來設定運行等級
    核心被載入後，第一個啟動並執行程式便是/sbin/init，該檔案會讀取/etc/inittab檔案，並依據此檔案來進行初始化工作。
    其實/etc/inittab檔案最主要的作用就是設定Linux的運行等級，其設定形式是“：id:5:initdefault:”，這就表明Linux需要運行在等級5上。Linux的運行等級設定如下：
    0：關機
    1：單一使用者模式
    2：無網路支援的多使用者模式
    3：有網路支援的多使用者模式
    4：保留，未使用
    5：有網路支援有X-Window支援的多使用者模式
    6：重新引導系統，即重啟
    啟動第六步--init進程執行rc.sysinit
    在設定了運行等級後，Linux系統執行的第一個使用者層檔案就是/etc/rc.d/rc.sysinit指令碼程式，它做的工作非常多，包括設定PATH、設定網路設定(/etc/sysconfig/network)、啟動swap分區、設定/proc等等。如果你有興趣，可以到/etc/rc.d中查看一下rc.sysinit檔案。
    線程init的最終完成狀態是能夠使得一般的使用者程式可以正常地被執行，從而真正完成可供應用程式啟動並執行系統內容。它主要進行的操作有：
    (1) 執行函數do_basic_setup()，它會對外部裝置進行全面地初始化。
    (2) 構建系統的虛擬檔案系統分類樹，掛接系統中作為根目錄的裝置(其具體的文 件系統已經在上一步驟中註冊)。
    (3) 開啟裝置/dev/console，並通過函數sys_dup()開啟的串連複製兩次，使得檔案號0,1 ,2 全部指向控制台。這三個檔案串連就是通常所說的“標準輸入”stdin,“標準輸出”stdout和“標準出錯資訊”stderr這三個標準I/O通道。
    (4) 準備好以上一切之後，系統開始進入使用者層的初始化階段。核心通過系統調用execve()載入執T子相應的使用者層初始化程式，依次嘗試載入程式"/sbin/initl"," /etc/init"," /bin/init'，和“/bin/sh。只要其中有一個程式載入獲得成功，那麼系統就將開始使用者層的初始化，而不會再回到init()函數段中。至此，init()函數結束，Linux核心的引導 部分也到此結束。
    啟動第七步--啟動核心模組
    具體是依據/etc/modules.conf檔案或/etc/modules.d目錄下的檔案來裝載核心模組。
    啟動第八步--執行不同運行層級的指令碼程式
    根據運行層級的不同，系統會運行rc0.d到rc6.d中的相應的指令碼程式，來完成相應的初始化工作和啟動相應的服務。
    啟動第九步--執行/etc/rc.d/rc.local
    你如果開啟了此檔案，裡面有一句話，讀過之後，你就會對此命令的作用一目瞭然：
    # This script will be executed *after* all the other init scripts.
    # You can put your own initialization stuff in here if you don’t
    # want to do the full Sys V style init stuff.
    rc.local就是在一切初始化工作後，Linux留給使用者進行個人化的地方。你可以把你想設定和啟動的東西放到這裡。
    啟動第十步--執行/bin/login程式，進入登入狀態
    此時，系統已經進入到了等待使用者輸入username和password的時候了，你已經可以用自己的帳號登入系統了。
    1: 啟動電源後，主機第一步先做的就是查詢BIOS(全稱：basic input/output system 基本輸出入系統 (BIOS))資訊。瞭解整個系統的硬體狀態，如CPU，記憶體，顯卡，網卡等。嗯，這一步windows算和它是一家。不分彼此。
    2: 接下來，就是主機讀取MBR(硬碟的第一個扇區)裡的boot loader了。這個可是重點哦，據說troubleshooting裡就會考這點，給個壞了的loader，叫你修正。windows不支援linux的分區格式。所以，用windows的boot。ini是查不到linux的系統的。一般我裝系統都是先裝 windows再裝linux，然後用grub來做boot loader。兩個字：省心!因為linux不像windows那麼小氣。grub可是支援windows分區格式的哦。
    3: 接上一步，主機讀取boot loader後，會讀取裡面的資訊，知道誰跟誰是待在哪，假如主機想進入linux系統，讀取到linux核心是在/boot檔案目錄中後，將此核心載入到記憶體中。開始了接下來的分析啟動之旅。
    4: OK，第一個運行程式是誰？就是/sbin/init程式。不信，就用top程式看下，是不是PID為1的就是這個東東，它，可是萬物之祖啊，我簡稱它是女媧娘娘(不喜歡亞當夏娃)。
    · 5: init首先尋找啟動等級(run-level)。因為啟動等級不同，其運行指令碼(也就是服務)會不同。預設的等級有以下幾項：
    0 - halt (系統直接關機)
    1 - single user mode (單人模式，用於系統維護時使用)
    2 - Multi-user， without NFS (類似3模式，不過少了NFS服務)
    3 - Full multi-user mode (完整模式，不過，是文字模式)
    4 - unused (系統保留功能)
    5 - X11 (與3模式類似，不過，是X終端顯示)
    6 - reboot (重新開機)
    (不要選擇0或4，6 否則，進步了系統的)
    · 6: OK。系統知道自己的啟動等級後，接下來，不是去啟動服務，而是，先設定好主機運行環境。讀取的檔案是/etc/rc。d/rc。sysinit檔案。那究竟要設定哪些環境呢？
    · 設定網路環境/etc/sysconfig/network，如主機名稱，網關，IP，DNS等。
    · 掛載/proc。此檔案是個特殊檔案，大小為0，因為它是在記憶體當中。裡面東東最好別刪。
    · 根據核心在開機時的結果/proc/sys/kernel/modprobe。開始進行周邊裝置的偵測。
    · 載入使用者自訂的模組/etc/sysconfig/modules/*。modules
    · 讀取/etc/sysctl。conf檔案對核心進行設定。
    · 設定時間，終端字型，硬碟LVM或RAID功能，以fsck進行磁碟檢測。
    · 將開機狀況記錄到/var/log/dmesg中。(可以用命令dmesg查看結果)
    · 7: OK，接下來，就是啟動系統服務了，不同的run-level會有不同的服務啟動。到/etc/rc。d目錄中，不同的level會有不同的目錄。如啟動 3模式，會有個rc3。d目錄，裡面就儲存著服務。其中，S(start)開頭的表明開機啟動，K(kill)開頭的表明開機不啟動。數字表示啟動順序。數字越小，啟動越早。
    注意，他們都是串連到etc/rc。d/init。d/目錄中的相關檔案。所以，想手工啟動某一服務，可以用"/etc/rc。d/init。 d/某個服務 start"啟動哦。相反，我們也可以把某個服務ln(連結命令)到不同run-level的目錄中。記得打上S或者K+數字哦。
    · 8: 讀取服務後，主機會讀取/etc/rc。d/rc。local檔案。所以，如果需要什麼開機啟動的話，可以寫個指令碼或命令到這裡面來。就不用像上面那麼麻煩。以後刪除也方便。

    OK，經過一番長途跋涉後，系統終於可以安心的開啟shell了。

源自：http://emb.sunplusedu.com/answer/