理解Linux的启动过程

　　从按下PC电源，到出现熟悉的bash提示符"$"或进入漂亮的KDE/GNOME桌面，这是我们每天开机必经的过程。那么，在这短短几十秒内，Linux是怎样启动的呢？本文介绍Linux的启动过程。

　　平台：PC机, Ubuntu 5.10

　　基础知识

　　BIOS (Basic I/O System，基本输入/输出系统)

　　BIOS，完整地说应该是ROM－BIOS，是只读存储器基本输入/输出系统的简写，它实际上是被固化到计算机中的一组程序，为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制。准确地说，BIOS是硬件与软件程序之间的一个“转换器”或者说是接口(虽然它本身也只是一个程序)，负责解决硬件的即时需求，并按软件对硬件的操作要求具体执行。

　　从功能上看，BIOS分为三个部分：

　　1.自检及初始化程序；

　　2.硬件中断处理；

　　3.程序服务请求。

　　这里我们主要关注第一部分——自检及初始化程序：这部分负责启动计算机，具体有三个部分，第一个部分是用于计算机刚接通电源时对硬件部分的检测，也叫做加电自检(POST)，功能是检查计算机是否良好，例如内存有无故障等。第二个部分是初始化，包括创建中断向量、设置寄存器、对一些外部设备进行初始化和检测等，其中很重要的一部分是BIOS设置，主要是对硬件设置的一些参数，当计算机启动时会读取这些参数，并和实际硬件设置进行比较，如果不符合，会影响系统的启动。

　　最后一个部分是引导程序，功能是引导DOS或其他操作系统。BIOS先从软盘或硬盘的开始扇区读取引导记录，如果没有找到，则会在显示器上显示没有引导设备，如果找到引导记录会把计算机的控制权转给引导记录，由引导记录把操作系统装入计算机，在计算机启动成功后，BIOS的这部分任务就完成了。

　　关于BIOS的详细介绍，可以google一下，这篇文章就不错。

　　硬盘

　　就物理组成来说，一个硬盘封装里有多个盘片(platter)，每个盘面有两个面(surface)。在盘片上都有一个磁头(head)来进行硬盘盘片的读/写，盘片绕轴(spinder)旋转一周时磁头所走过的轨迹即磁道(track)，所有盘片的同一磁道构成了磁柱(cylinder)。磁道又被分为多个扇区(sector),扇区是最小的磁盘存储单位，即硬盘分区时的最小单位——通常为512KB。磁道由缝隙(gap)分开，gap中存储的不是数据位，而是用来确认扇区的格式位。

　　MBR

　　主引导扇区(MBR, Master Boot Recorder)是硬盘中最重要的部分，它记录了硬盘的分区信息、引导信息。CU上面有一篇介绍MBR的文章。

　　注意这里所说的MBR是指BIOS中指定的启动设备中的MBR。如果以软盘启动，则MBR是软盘的第一个扇区。如果是硬盘，则是硬盘的第一个扇区。如果有多个硬盘呢？那么就是BIOS中指定启动硬盘的第一个扇区！

　　run-level

　　运行  $ less /etc/inittab

　　显示下列信息：

　　# /etc/init.d executes the S and K scripts upon change

　　# of runlevel.

　　#

　　# Runlevel 0 is halt.

　　# Runlevel 1 is single-user.

　　# Runlevels 2-5 are multi-user.

　　# Runlevel 6 is reboot.

　　上面显示的就是当前可用的登录模式，共有0～6中级别。常用的是3和5。

　　0：关机

　　1：单用户模式(系统有问题时的登录模式，相当于WINDOWS的"安全模式“)

　　2：对于Debian/Ubuntuare来说，2～5都是相同的——多用户图形界面模式。对于其他发行版来说，3可能是多用户文本模式，4为系统保留，5为多用户图形模式，具体的定义可以查看该发行版对应的/etc/inittab文件内容。

　　6：重新启动

　　另外，还可能有"S"级，它等同于1的单用户级别。

　　运行 $ runlevel 可以查看系统当前运行级别

　　如果把运行级别设成了0或6，想象会出现什么情况？如何解决呢？

　　WINDOWS在启动时，如果按下F8，会出现“安全模式“、”正常启动“、”MS-DOS“模式的选择。相当于Linux run-level的1，5，3(不对应于Debian/Ubuntu)。

　　关于Debian/Ubuntu中的run-level，看这里！

　　基本流程

　　1， 加载BIOS硬件信息，并取得第一个开机装置的代号。

　　2，加载第一个开机装置中MBR的boot loader(即lilo, grub, spfdisk等)引导信息。

　　3，加载Linux内核，内核开始解压缩，并驱动硬件。

　　4，内核执行init程序，并获得run-level信息；

　　5，init 执行 /etc/init.d/rcS 程序；

　　6，加载内核模块(module)

　　7，init 执行 对应run-level 级的脚本文件( Scripts )；

　　8，执行 /bin/login 程序，等待用户登入；

　　9，用户登入之后，开始以shell控制系统(如果以图形界面登录，则运行图形界面)。

　　下面具体介绍流程中的步骤：

　　1，加载BIOS

　　系统上电时，最先读取BIOS信息。BIOS(Basic Input/Output System)是计算机与外设最底层的接口，它存储了计算机启动时最先加载的数据，包括：CPU类型、启动设备顺序、硬盘大小/类型、芯片组工作状态、外设I/O地址、PnP (Plug and Play，既插既用设备)的开启与否、内存时钟等。

　　读取了BIOS设定值后，系统根据BIOS数据进行开机自我检测(Power On Self Test, POST)，对硬件进行初始化，并设定PnP设备，指定启动设备，之后从磁盘的MBR中读取Bootloader数据。

　　2，加载Boot Loader

　　系统读完BIOS之后，接着加载第一个引导磁盘的第一个扇区(MBR)，boot loader就位于MBR中。此时，启动工作的接力棒就交到了boot loader的手中。

　　常用的boot loader有lilo, grub, spfdisk等，现在最流行的是grub，我用的Ubuntu中，boot loader就是grub，本文假设boot loader是grub，其实基本原理都是一样的。

　　为什么要在MBR中安装boot loader呢？它到底有什么作用？实际上，boot loader的作用就是加载OS内核。系统在启动时，要读取文件以加载内核，必须能够识别硬盘文件系统，但这时候系统还在启动过程中，对文件系统信息一无所知。boot loader就辅佐系统识别文件格式，加载内核。boot loader不仅不光能够识别Linux内核，而且能识别WINDOWS内核.所以,如果要安装多系统,那么要在MBR中安装能支持这些系统文件系统的 boot loader.

　　如果是以grub启动,加载它后,会有个选择启动那个OS的菜单,当你作出选择后,grub就从被选定OS所在的扇区中加载相应的内核.

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