Linux開機過程

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開機過程

  開機過程指的是從按下電源鍵開始,到進入系統登錄畫面前所經歷的過程。

MBR與磁盤分區

  在目前x86的系統架構中,系統硬盤位於第0號磁道:0到511KB的區塊為MBR(硬盤中的每一個磁道容量為512KB),開機管理程序使用這塊區域來儲存第一階段開機引導程序(stage1)。接着位於1到62號磁道作為第1.5階段的開機引導程序(stage1.5),從第63號磁道開始才是操作系統的分區。

  主引導記錄(MBR,Master Boot Record)是位於磁盤最前邊的一段引導(Loader)代碼。它負責磁盤操作系統(DOS)對磁盤進行讀寫時分區合法性的判別、分區引導信息的定位,它由磁盤操作系統(DOS)在對硬盤進行初始化時產生。

  MBR的內容分為三部分:第一部分是0到445KB,是計算機的基礎導引程序,也稱為第一階段的導引程序;接着446KB到509KB為磁盤分區表,由四個分區表項構成(每個16個字節)。負責說明磁盤上的分區情況。內容包括分區標記、分區的起始位置、分區的容量以及分區的類型。最後一部分為結束標誌只佔2KB,其值為AA55,存儲時低位在前,高位在後。

從百度百科借了張圖:

 

 

MBR中緊跟在主引導程序后的主分區表這64字節(01BE~01FD)中包含了許多磁盤分區描述信息,尤其是01BE~01CD這16字節,包含了分區引導標誌bootid、分區起始源頭beghead、分區起始扇區relsect、分區起始柱面begcy1、操作系統類型systid、分區結尾磁頭endhead、分區結尾扇區begsect、分區結尾柱面begcy1、分區扇區起始位置relsect、分區扇區總數numsect。

其中分區引導標誌bootid表示當前分區是否可以引導,若為0x0,則表示該分區為非活動區;若為0x80,則為可開機啟動區。若有多個開機啟動區,則由用戶開機時的選擇而定(如GRUB的菜單)。

分區扇區起始位置relsect表示分區中第一個扇區相對於磁盤起始點的偏移位置。

開機管理程序

linux上的開機管理程序有LiLO和GRUB,前者是早期的產物,在近年來的Linux操作系統都以GRUB作為默認軟件包。

GNU GRUB(GRand Unified Bootloader簡稱“GRUB”)是一個來自GNU項目的多操作系統啟動程序。GRUB是多啟動規範的實現,它允許用戶可以在計算機內同時擁有多個操作系統,並在計算機啟動時選擇希望運行的操作系統。GRUB可用於選擇操作系統分區上的不同內核,也可用於向這些內核傳遞啟動參數。

運行層級

運行層級(run level)共有7個,分別為0、1、2、3、4、5、6,其中0表示關機、1表示單人模式、6表示重新啟動。中間的2、3、4、5因Linux發行商而異。

過程解析

 從按下電源開始到登錄畫面中所有的過程。

 登錄程序依序分為BIOS、GRUB、內核加載、與init程序四個步驟。

BIOS

當按下電源按鈕后,系統就會運行BIOS檢測,包含檢查系統的硬件配置、執行系統診斷程序、找出系統硬盤,把第0號磁道中的開機導引程序加載到內存中,之後就由GRUB接手後續的開機程序。

GRUB

GRUB是一個較大的程序,本身容量超過MBR的限制(512KB),因此GRUB將開機程序分割為stage1、stage2,並在1與2之中加上選用的程序stage1.5,如e2fs_stage1_5、fat_stage1_5等。

由BIOS接手后的GRUB,會由stage1轉接到stage2(或stage1.5),並找出和載入位於/boot的內核文件。內核文件位於/boot之下。

接着會將內存映像文件(.img)加載到內存中,並使用cpio命令將內容解壓縮到/boot之下。如果硬件的功能都別編入內核中,這個動作是不需要的;但若編譯為模塊且必須在開機時加載,這個步驟就是必要的。

將內核與必要的映像文件加載后,系統開機的過程就交給內核處理了。

內核載入

 內核接手系統開機的程序之後,會進行初始化,包括檢測硬件、設置硬件設備、時鐘設定、加載模塊等,這動作完成後會釋放出曾佔用的內存空間。

 接着啟動文件系統相關的設定,首先會掛接根目錄(“/”),再讀取分區表(/etc/fstab)並掛接所有的分區與啟動SWAP。最後系統啟動/sbin/init程序,並運行硬件與軟件相關的系統常駐程序。

 內核在開機的作用到此告一段落。

init程序

Init是系統的第一個進程,因此PID為0,也是所有進程的父進程,init啟動後會先執行etc/rc.d/rc.sysinit,並讀取配置文件/etc/inittab中的設定

 init的具體內容可參考:

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