Linux 系统启动过程

按下系统的电源开关，过一会就可以看到Linux的登录界面了。

你是否曾经想过，从按下电源开关到登录界面出现，这后面到底发生了什么？

Linux 系统在启动过程中，首先是固件(PC 上大多是 CMOS/BIOS)的物理检测,诸如检测系统的显卡、CPU 和硬盘等,可从系统按下电源后看到此检测信息;检测无问题,将读取硬盘的MBR(主引导记录)中的自举程序,Linux 中常用的自举程序如 LILO 和GRUB。自举程序 GRUB 在系统启动期间只有一个作用,就是载入内核，内核在引导期间有两个主要的作用,一个是驱动系统硬件,另一个将启动系统进程 init;init 进程将读取其配置文件/etc/inittab 完成后续所有的引导。

整个过程基本可以分为6个步骤:POST-->BIOS-->MBR(GRUB)-->Kernel-->Init-->Runlevel。下面会详细说明每个过程的作用。

BIOS

BIOS(Basic Input/Output System)，基本输入输出系统，计算机开机的时候，细心的童鞋可能会发现这个单词。该系统存储于主板的ROM芯片上，计算机在开机时，最先读取该系统，然后会有一个加电自检过程，这个过程其实就是检查CPU和内存，计算机最基本的组成单元(控制器、运算器和存储器)，还会检查其他硬件，若没有异常就开始加载BIOS程序到内存当中。详细的BIOS功能，这边就不说了，BIOS主要的一个功能就是存储了磁盘的启动顺序，BIOS会按照启动顺序去查找第一个磁盘头的MBR信息，并加载和执行MBR中的Bootloader程序，若第一个磁盘不存在MBR，则会继续查找第二个磁盘(PS：启动顺序可以在BIOS的界面中进行设置)，一旦BootLoader程序被检测并加载内存中，BIOS就将控制权交接给了BootLoader程序。

MBR

MBR(Master Boot Record)，主引导记录，MBR存储于磁盘的头部，大小为512bytes，其中，446bytes用于存储BootLoader程序，64bytes用于存储分区表信息，最后2bytes用于MBR的有效性检查。

GRUB

GRUB(Grand Unified Bootloader)，多系统启动程序，其执行过程可分为三个步骤：

Stage1：这个其实就是MBR，它的主要工作就是查找并加载第二段Bootloader程序(stage2)，但系统在没启动时，MBR根本找不到文件系统，也就找不到stage2所存放的位置，因此，就有了stage1_5

Stage1_5：该步骤就是为了识别文件系统

Stage2：GRUB程序会根据/boot/grub/grub.conf文件查找Kernel的信息，然后开始加载Kernel程序，当Kernel程序被检测并在加载到内存中，GRUB就将控制权交接给了Kernel程序。

Kernel

Kernel，内核，Kernel是Linux系统最主要的程序，实际上，Kernel的文件很小，只保留了最基本的模块，并以压缩的文件形式存储在硬盘中，当GRUB将Kernel读进内存，内存开始解压缩内核文件。讲内核启动，应该先讲下initrd这个文件，initrd(Initial RAM Disk)，它在stage2这个步骤就被拷贝到了内存中，这个文件是在安装系统时产生的，是一个临时的根文件系统(rootfs)。因为Kernel为了精简，只保留了最基本的模块，因此，Kernel上并没有各种硬件的驱动程序，也就无法识rootfs所在的设备，故产生了initrd这个文件，该文件装载了必要的驱动模块，当Kernel启动时，可以从initrd文件中装载驱动模块，直到挂载真正的rootfs，然后将initrd从内存中移除。

Kernel会以只读方式挂载根文件系统，当根文件系统被挂载后，开始装载第一个进程(用户空间的进程)，执行/sbin/init，之后就将控制权交接给了init程序。

Init

init，初始化，顾名思义，该程序就是进行OS初始化操作，实际上是根据/etc/inittab(定义了系统默认运行级别)设定的动作进行脚本的执行，第一个被执行的脚本为/etc/rc.d/rc.sysinit，这个是真正的OS初始化脚本，简单讲下这个脚本的任务(可以去看看实际脚本，看看都做了什么)：

1、激活udev和selinux；2、根据/etc/sysctl.conf文件，来设定内核参数；3、设定系统时钟；4、装载硬盘映射；5、启用交换分区；6、设置主机名；7、根文件系统检测，并以读写方式重新挂载根文件系统；8、激活RAID和LVM设备；9、启用磁盘配额；10、根据/etc/fstab，检查并挂载其他文件系统；11、清理过期的锁和PID文件

执行完后，根据配置的启动级别，执行对应目录底下的脚本，最后执行/etc/rc.d/rc.local这个脚本，至此，系统启动完成。

Runlevel

runlevel，运行级别，不同的级别会启动的服务不一样，init会根据定义的级别去执行相应目录下的脚本，Linux的启动级别分为以下几种

0：关机模式

1：单一用户模式(直接以管理员身份进入)

2：多用户模式（无网络）

3：多用户模式（命令行）

4：保留

5：多用户模式（图形界面）

6：重启