Linux 啟動過程是初始化系統(tǒng)的過程。 它包括從第一次打開計算機電源到用戶界面完全可操作時發(fā)生的所有事情。

充分了解引導過程中的步驟可能有助于您解決問題，以及根據(jù)您的需要調(diào)整計算機的性能。

另一方面，啟動過程可能相當技術(shù)性，您可以在不了解所有細節(jié)的情況下開始使用 Linux。

第一個步驟：BIOS

啟動基于 x86 的 Linux 系統(tǒng)涉及許多步驟。 當計算機開機時，基本輸入/輸出系統(tǒng) (BIOS) 會初始化硬件，包括屏幕和鍵盤，并測試主內(nèi)存。 此過程也稱為 POST（開機自檢）。

BIOS 軟件存儲在主板上的 ROM 芯片上。 此后，引導過程的其余部分由操作系統(tǒng) (OS) 控制。

Master Boot Record (MBR) and Boot Loader

一旦 POST 完成，系統(tǒng)控制就會從 BIOS 傳遞到引導加載程序。引導加載程序通常存儲在系統(tǒng)中的硬盤之一上，或者在引導扇區(qū)（對于傳統(tǒng) BIOS/MBR 系統(tǒng)）或 EFI 分區(qū)（對于更新的（統(tǒng)一）可擴展固件接口或 EFI/UEFI 系統(tǒng)）。到此階段為止，機器不會訪問任何大容量存儲介質(zhì)。此后，有關(guān)日期、時間和最重要外圍設(shè)備的信息從 CMOS 值中加載（在使用電池供電的內(nèi)存存儲技術(shù)后，即使系統(tǒng)斷電也能跟蹤日期和時間） .

有許多用于 Linux 的引導加載程序；最常見的是 GRUB（用于 GRand Unified Boot loader）、ISOLINUX（用于從可移動媒體啟動）和 DAS U-Boot（用于在嵌入式設(shè)備/設(shè)備上啟動）。大多數(shù) Linux 引導加載程序可以提供一個用戶界面，用于選擇引導 Linux 的替代選項，甚至可能安裝的其他操作系統(tǒng)。在引導 Linux 時，引導加載程序負責將內(nèi)核映像和初始 RAM 磁盤或文件系統(tǒng)（其中包含啟動系統(tǒng)所需的一些關(guān)鍵文件和設(shè)備驅(qū)動程序）加載到內(nèi)存中。

Boot Loader in Action

引導加載程序有兩個不同的階段：

對于使用 BIOS/MBR 方法的系統(tǒng)，引導加載程序位于硬盤的第一個扇區(qū)，也稱為主引導記錄 (MBR)。 MBR 的大小僅為 512 字節(jié)。在此階段，引導加載程序檢查分區(qū)表并找到可引導分區(qū)。一旦找到可引導分區(qū)，它就會搜索第二階段引導加載程序，例如 GRUB，并將其加載到 RAM（隨機存取存儲器）中。對于使用 EFI/UEFI 方法的系統(tǒng)，UEFI 固件讀取其引導管理器數(shù)據(jù)以確定要啟動哪個 UEFI 應(yīng)用程序以及從何處啟動（即可以從哪個磁盤和分區(qū)找到 EFI 分區(qū)）。然后，固件啟動 UEFI 應(yīng)用程序，例如 GRUB，如固件啟動管理器的啟動項中所定義。這個過程更復雜，但比舊的 MBR 方法更通用。

第二階段引導加載程序位于 /boot 下。將顯示啟動畫面，讓我們可以選擇要啟動的操作系統(tǒng) (OS)。選擇操作系統(tǒng)后，引導加載程序?qū)⑺x操作系統(tǒng)的內(nèi)核加載到 RAM 中，并將控制權(quán)交給它。內(nèi)核幾乎總是被壓縮，所以它的首要任務(wù)是解壓縮自身。之后，它將檢查和分析系統(tǒng)硬件并初始化內(nèi)核中內(nèi)置的任何硬件設(shè)備驅(qū)動程序。

Initial RAM Disk

initramfs 文件系統(tǒng)映像包含執(zhí)行掛載正確根文件系統(tǒng)所需的所有操作的程序和二進制文件，例如為所需的文件系統(tǒng)和大容量存儲控制器的設(shè)備驅(qū)動程序提供內(nèi)核功能，使用名為 udev（用于用戶設(shè)備）的工具，它負責用于確定存在哪些設(shè)備，定位它們需要正確運行的設(shè)備驅(qū)動程序，并加載它們。找到根文件系統(tǒng)后，檢查錯誤并安裝。

掛載程序指示操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)已準備好使用，并將其與文件系統(tǒng)整個層次結(jié)構(gòu)中的特定點（掛載點）相關(guān)聯(lián)。如果成功，initramfs 將從 RAM 中清除并執(zhí)行根文件系統(tǒng) (/sbin/init) 上的 init 程序。

init 處理掛載和轉(zhuǎn)向最終的真實根文件系統(tǒng)。如果在訪問大容量存儲之前需要特殊的硬件驅(qū)動程序，它們必須在 initramfs 映像中。

Text mode logins

在啟動過程接近尾聲時，init 會啟動一些文本模式登錄提示。這些使您能夠鍵入您的用戶名，然后是您的密碼，并最終獲得一個命令外殼。但是，如果您正在運行帶有圖形登錄界面的系統(tǒng)，您一開始不會看到這些。

通常，默認的命令 shell 是 bash（GNU Bourne Again Shell），但還有許多其他高級命令 shell 可用。 shell 打印一個文本提示，表明它已準備好接受命令；用戶輸入命令并回車后，命令被執(zhí)行，命令執(zhí)行完成后會顯示另一個提示。

正如您將在第 7 章：命令行操作中學到的那樣，可以使用 ALT 鍵和一個功能鍵來訪問運行命令 shell 的終端。大多數(shù)發(fā)行版以 F1 或 F2 開頭，有六個文本終端和一個圖形終端。在圖形環(huán)境中，切換到文本控制臺需要按 CTRL-ALT + 相應(yīng)的功能鍵（使用 F7 或 F1 通向 GUI）。

Linux Kernel

引導加載程序?qū)?nèi)核和基于 RAM 的初始文件系統(tǒng) (initramfs) 加載到內(nèi)存中，因此內(nèi)核可以直接使用它。

當內(nèi)核加載到 RAM 中時，它會立即初始化和配置計算機的內(nèi)存，并配置連接到系統(tǒng)的所有硬件。 這包括所有處理器、I/O 子系統(tǒng)、存儲設(shè)備等。內(nèi)核還加載一些必要的用戶空間應(yīng)用程序。

/sbin/init and Services

一旦內(nèi)核設(shè)置了所有硬件并掛載了根文件系統(tǒng)，內(nèi)核就會運行 /sbin/init。然后這成為初始進程，然后啟動其他進程以使系統(tǒng)運行。系統(tǒng)上的大多數(shù)其他進程最終都會追溯到 init；例外包括所謂的內(nèi)核進程。它們由內(nèi)核直接啟動，它們的工作是管理內(nèi)部操作系統(tǒng)的詳細信息。

除了啟動系統(tǒng)之外，init 還負責保持系統(tǒng)運行和干凈地關(guān)閉系統(tǒng)。它的職責之一是在必要時作為所有非內(nèi)核進程的管理者；完成后進行清理，并在用戶登錄和退出時根據(jù)需要重新啟動用戶登錄服務(wù)，其他后臺系統(tǒng)服務(wù)也是如此。

傳統(tǒng)上，此進程啟動是使用可追溯到 1980 年代的約定和 System V UNIX 版本完成的。這個串行進程讓系統(tǒng)通過一系列運行級別，其中包含啟動和停止服務(wù)的腳本集合。每個運行級別都支持不同的系統(tǒng)運行模式。在每個運行級別內(nèi)，可以將單個服務(wù)設(shè)置為運行，或者在運行時關(guān)閉。

然而，最近的所有主要發(fā)行版都不再采用這種系統(tǒng)初始化的順序運行級別方法，盡管它們通常出于兼容性目的支持 System V 約定。接下來，我們將討論較新的方法 systemd 和 Upstart。

Startup Alternatives

SysVinit 將事物視為一個連續(xù)的過程，分為一系列連續(xù)的階段。每個階段都需要完成才能進行下一個階段。因此，啟動不容易利用可以在多個處理器或內(nèi)核上完成的并行處理。

此外，關(guān)機和重啟被視為一種相對罕見的事件；究竟花了多長時間并不重要。這不再是事實，尤其是對于移動設(shè)備和嵌入式 Linux 系統(tǒng)。一些現(xiàn)代方法，例如使用容器，可能需要幾乎瞬時的啟動時間。因此，系統(tǒng)現(xiàn)在需要具有更快和增強功能的方法。最后，舊的方法需要相當復雜的啟動腳本，這些腳本很難在發(fā)行版本、內(nèi)核版本、體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)類型之間保持通用。開發(fā)的兩個主要替代方案是：

Updtart

• 由 Ubuntu 開發(fā)并于 2006 年首次收錄
• 在 Fedora 9（2008 年）和 RHEL 6 及其克隆中采用。

systemd

• Fedora 首先采用（2011 年）
• 被 RHEL 7 和 SUSE 采用
• 在 Ubuntu 16.04 中替換了 Upstart

雖然遷移到 systemd 頗有爭議，但它已被主要發(fā)行版采用，因此我們不會討論舊的 System V 方法或 Upstart，后者已成為死胡同。不管人們對 systemd 的爭議或技術(shù)方法有何看法，幾乎普遍采用使學習如何在 Linux 系統(tǒng)上工作變得更簡單，因為發(fā)行版之間的差異較小。我們接下來列舉 systemd 的特性。

systemd Features

使用 systemd 的系統(tǒng)比使用早期 init 方法的系統(tǒng)啟動得更快。這主要是因為它用激進的并行化技術(shù)替換了一組串行化的步驟，允許同時啟動多個服務(wù)。

復雜的啟動shell腳本被更簡單的配置文件所取代，這些配置文件列舉了服務(wù)啟動前必須做的事情，如何執(zhí)行服務(wù)啟動，以及服務(wù)在啟動完成時應(yīng)該表明什么條件已經(jīng)完成。需要注意的一件事是 /sbin/init 現(xiàn)在只指向 /lib/systemd/systemd；即 systemd 接管 init 進程。

一個 systemd 命令 (systemctl) 用于大多數(shù)基本任務(wù)。雖然我們還沒有討論在命令行上工作，但這里是其用法的簡要列表：

• 在當前運行的系統(tǒng)上啟動、停止、重啟服務(wù)（以 nfs 為例）：

$ sudo systemctl start|stop|restart nfs.service

• 啟用或禁用系統(tǒng)服務(wù)在系統(tǒng)引導時啟動：
  $ sudo systemctl enable|disable nfs.service

在大多數(shù)情況下，可以省略 .service。與舊方法存在許多技術(shù)差異，超出了我們的討論范圍。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux Boot，Kernel 和 Service 介绍的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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