[操作系统笔记-1] Linux Booting Process(1)----概论

dong5300

　　Linux boot的五个阶段
　　/* @author = s1n */
　　/* @文中首次出现的概念都会使用黑体加粗*/
　　1.BIOS
　　电源开启后，bios开始执行上电自检（POST:Power-On-Self-Test），而后按照boot sequence加载在软盘，cd-rom，硬盘，闪存等中的MBR(Master Boot Record),寻找bootloader，找到后加载到内存中，并将控制权移交给bootloader。MBR是一个大小仅有512字节的扇区，位于磁盘的第一个扇区其中bootloader的大小为446字节。 boot loader 可以具有菜单功能、直接加载核心文件以及控制权移交的功能等。
　　linux中将bootloader程序代码的配置和运行的过程分为两个阶段：
　　2.MBR与GRUB/LILO
　　/*GRUB和LILO都是引导加载程序，主要用于引导操作系统的启动。                                                                                 */                                            
　　/*在单一的MBR中只能存储一个操作系统的引导记录，所以当需要多个操作系统时，就会出现问题，需要更灵活的引导加载程序。*/
　　/*GRUB和LILO的区别：                                                                                                                                          */
　　/*      1).GRUB拥有交互式命令界面；                                                                                                                       */
　　/*      2).GRUB支持网络引导；                                                                                                                                */
　　/*      3).LILO可以引导操作系统位置的信息存储在MBR中；                                                                                          */
　　1).运行bootloader主程序：
　　第一阶段为运行bootloader的主程序，这个主程序必须要被安装在启动区，即是MBR或者是boot sector 。但如前所述，因为MBR实在太小了，所以，MBR或boot sector通常仅安装bootloader的最小主程序， 并没有安装bootloader的相关配置档；
　　2).主程序加载配置文件：
　　第二阶段为透过 boot loader 加载所有配置档与相关的环境参数文件 (包括文件系统定义与主要配置档 menu.lst或grub.lst)， 一般来说，配置档都在/boot/grub中。



[iyunv@www ~]# ls -l /boot/grub
-rw-r--r--  device.map              <==grub 的装置对应档(底下会谈到)
-rw-r--r--  e2fs_stage1_5           <==ext2/ext3 文件系统之定义档
-rw-r--r--  fat_stage1_5            <==FAT 文件系统之定义档
-rw-r--r--  ffs_stage1_5            <==FFS 文件系统之定义档
-rw-------  grub.conf               <==grub 在 Red Hat 的配置档
-rw-r--r--  iso9660_stage1_5        <==光驱文件系统定义档
-rw-r--r--  jfs_stage1_5            <==jfs 文件系统定义档
lrwxrwxrwx  menu.lst -> ./grub.conf <==其实 menu.lst 才是配置档！
-rw-r--r--  minix_stage1_5          <==minix 文件系统定义档
-rw-r--r--  reiserfs_stage1_5       <==reiserfs 文件系统定义档
-rw-r--r--  splash.xpm.gz           <==启动时在 grub 底下的背景图示
-rw-r--r--  stage1                  <==stage 1 的相关说明
-rw-r--r--  stage2                  <==stage 2 的相关说明
-rw-r--r--  ufs2_stage1_5           <==UFS 的文件系统定义档
-rw-r--r--  vstafs_stage1_5         <==vstafs 文件系统定义档
-rw-r--r--  xfs_stage1_5            <==xfs 文件系统定义档
　　/*关于grub的更进一步会在以后的笔记中详细的解释*/
　　总结一下，每个磁盘的第一个扇区为磁盘的MBR，MBR中前446字节记录的是boot loader，bootloader中安装的是grub的stage1，用于指向grub主程序咋磁盘中的位置。开机加电之后，BIOS按照boot sequence找到对应磁盘，然后搜索该磁盘的MBR。找到位于基本磁盘分区的grub程序，即进入stage2阶段，按照grub.conf配置文件对kernel以及initrd进行引导加载。当MBR被加载到RAM中之后，BIOS就会将控制权交给MBR。
　　接下来我们将mbr拷贝下来，看看其中的内容：
　　首先使用如下命令拷贝硬盘一块扇区的前512字节的内容。



# dd if=/dev/sda of=/tmp/mbr.bin bs=512 count=1
　　正确结果应得到如下输出



1+0 records in
1+0 records out
512 bytes (512 B) copied, 0.0006952 s, 736 kB/s
　　使用file命令，查看mbr中的内容，可以利用tr命令将“；“均换为”\n”增加可读性



# file /tmp/mbr.bin | tr ';' '\n'
　　得到输出：



/tmp/mbr.bin: x86 boot sector
  GRand Unified Bootloader, stage1 version 0x3, stage2 address 0x2000, stage2 segment 0x200
  partition 1: ID=0x83, starthead 32, startsector 2048, 3906250 sectors
  partition 2: ID=0x83, starthead 71, startsector 3908298, 78125000 sectors
  partition 3: ID=0x83, starthead 85, startsector 82033298, 418084894 sectors, code offset 0x48
　　/*关于MBR内容的解释会在以后的笔记中详细的解释*/
　　3.加载内核（Kernel）
　　加载内核映像到内存中，内核映像并不是一个可执行的内核，而是一个可压缩的内核映像。所有内核将有一个自解压过程。在这个内核映像前面是一个例程，它实现少量硬件设置，并对内核映像中包含的内核进行解压缩，然后将其放入高端内存中。如果有初始化RAM磁盘映像，系统就会将它移动到内存中，并标明以后使用，然后到该例程会调用内核，并开始启动内核引导的过程。此时它会调用start_kernel()函数，进一步初始化设备。
　　系统的根文件在grub.conf中由”root=“所定义，我的虚拟机中的值为：



set root = ‘hd0,msdos1'
　　4.执行init
　　该程序会读取/etc/inittab文件然后决定系统运行的级别，列举如下

• 0 – halt
  
• 1 – Single user mode
  
• 2 – Multiuser, without NFS
  
• 3 – Full multiuser mode
  
• 4 – unused
  
• 5 – X11
  
• 6 – reboot
  

　　/*运行级别解释*/
　　/*运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动    */
/*运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆            */
/*运行级别2：多用户状态(没有NFS)                                                            */
/*运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式            */
/*运行级别4：系统未使用，保留                                                                  */
/*运行级别5：X11控制台，登陆后进入图形GUI模式                                       */
/*运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动 */
　　使用runlevel指令即可查看当前的运行级别
　　init进程是系统所有进程的起点，是所有进程的发起者和控制者。因为在任何基于Linux的操作系统中，它都是第一个运行的进程，所以，init进程的进程编号（PID）永远是1.内核在完成核内引导以后，即在本进程空间内加载init程序，它的进程号是1，主要用来执行一些开机初始化脚本和监视进程。如：init读取系统引导配置文件/etc/inittab中的信息进行初始化。所以他是一切进程的父进程，并且用它来杀死其他的进程。
　　5.最终配置
　　进一步根据系统运行时的级别，系统将运行不同级别的程序，例举如下

• Run level 0 – /etc/rc.d/rc0.d/
  
• Run level 1 – /etc/rc.d/rc1.d/
  
• Run level 2 – /etc/rc.d/rc2.d/
  
• Run level 3 – /etc/rc.d/rc3.d/
  
• Run level 4 – /etc/rc.d/rc4.d/
  
• Run level 5 – /etc/rc.d/rc5.d/
  
• Run level 6 – /etc/rc.d/rc6.d/
  

　　以redhat为例，其执行过程为



/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
/etc/rc.d/rc.local
/sbin/mingetty # 等待用户登录
　　rcN.d目录下都是一些符号链接文件，这些链接文件都指向init.d目录下的service脚本文件，命名规则为K+nn+服务名或S+nn+服务名，其中nn为两位数字。
系统会根据指定的运行级别进入对应的rcN.d目录，并按照文件名顺序检索目录下的链接文件
     1).对于以K开头的文件，系统将终止对应的服务
     2).对于以S开头的文件，系统将启动对应的服务
　　/*the end*/
　　/*接下来的5篇笔记将会对每个过程展开更加深入的讨论*/