Linux啟動過程詳解

作者：江遠航

一、啟動流程圖如下

圖1 Linux啟動流程圖

BIOS ---> MBR

---> Kernel---> Init

二、Linux啟動順序

一>? BIOS初始化

1、電腦周邊設備檢查

偵測周圍設備是否正常工作，如CPU類型、速度、緩存等、主板類型、內存速

度、內存容量、硬盤大小、硬盤類型、硬盤工作模式、風扇速度等。

2、選擇設備開機

軟盤啟動、光盤啟動、網絡啟動、硬盤啟動。

3、選擇好哪個設備開機之后，讀取這個設備的MBR引導扇區。

4、MBR(Master Boot Record，即的主引導記錄)。

主要作用引導磁盤操作系統啟動。MBR是一個512字節大小的扇區，位于磁盤上的第一個扇區中(0道0柱面1扇區)，它由三個部分組成，主引導程序、、硬盤有效標志(55AA)。

第一部分是里主引導程序(boot loader)占446個字節。

第二部分是分區表占64個字節，硬盤中分區有多少以及每一分區的大小都記在其中。第三部分是magic

number，占2個字節，固定為55AA。

BIOS不是查找操作系統，而是主引導記錄。BIOS搜索MBR是否有完整的主

引導記錄，如果有，則認為硬盤有操作系統，然后BIOS將MBR整段裝載到內存

RAM，將控制權交給MBR。

二>

BootLoader

1、Boot Loader安裝

1)安裝在硬盤MBR。

2)MBR被其他開機管理程序占用，就可以將Bootloader安裝在硬盤其中一個分區的引導扇區上。

2、Boot Loader啟動過程。

圖2Bootloader啟動流程圖

Stage1(在Flash中運行)：

1)初始化硬件，為stage2及kernel執行準備硬件環境。

包括屏蔽所有中斷、設置CPU速度及時鐘頻率、RAM初始化、初始化LED、關閉CPU指令/Cache數據。

2)為stage2準備RAM空間。

為了獲得更快的執行速度，通常把stage2加載到RAM空間執行，因此必須為加

載stage2準備好一段可用的RAM空間范圍。

由于stage2通常是C語言執行代碼，因此在考慮空間大小時，除stage2映像的大小外，還須把堆棧空間考慮進來。(空間大小最好是memory

page(通常是4KB)倍數，一般1M的RAM空間足夠)

3)拷貝uboot到RAM空間。

拷貝時要確定stage2的可執行映像在固態存儲設備(ROM、EEPROM或FLASH等)的存放起始地址和終止地址以及RAM空間的起始地址。

4)設置堆棧。

設置堆棧指針是為執行C語言代碼做好準備，此外，在設置堆棧指針SP之前，也可以關閉LED燈，以提示用戶準備跳轉到stage2。

上述就緒后，可以跳轉到stage2去執行。(比如在RAM系統中，可以通過修

改PC寄存器為合適的地址來實現)

Stage2(拷貝至RAM中運行)：

1)初始化本階段需要用到的硬件設備。

通常包括：至少初始化一個串口以便和終端用戶進行I/O輸出信息，初始化計時器等。在初始化這些設備之前，可以重新把LED燈點亮，表明已經進入main函數執行。設備初始化完成，可以輸出一些打印信息，程序名字字符串、版本號等。

2)檢測系統內存映射。

內存映射指在整個4GB物理地址空間中，哪些地址范圍被分配用來尋址系統的RAM單元。檢測系統內存映射的目的是要知道CPU預留的全部RAM地址空間中的哪些被真正映射到RAM地址單元。

規劃內存占用布局包括兩方面：內核映射所占用的內存范圍；根文件系統所占用的內存范圍。在規劃內存占用的布局時，主要考慮基地址和映射的大小。

3)設置內核啟動參數

將內核映像和根文件系統映像拷貝到RAM空間后，就可以準備啟動Linux內核，但在調用內核之前，須設置Linux內核啟動參數。

BootLoader可以通過兩種方式傳遞參數給內核，一種是舊的參數結構方式(parameter_struct)(2.6之前內核版本)，另外一種是現在2.6版本在用的參數鏈表方式(tagged_list)，這些參數主要包括，系統的根設備標志，頁面大小，內存的起始地址和大小，RAMDISK的起始地址和大小，壓縮的RAMDISK根文件系統的起始地址和大小，內核命令參數等。

4)調用內核

Bootloader調用Linux內核的方法是直接跳轉到內核的第一條指令處，也即是直接跳轉到MEM_START+0x8000地址處。

5)消亡

圖3Flash與RAM映射及初始化圖

系統加電或復位后，所有的CPU通常都從某個由CPU制造商預先安排的地址上取指令。比如，基于ARM7TDMI core的CPU在復位時通常都從地址0x00000000取它的第一條指令。而基于CPU構建的嵌入式系統通常將固態存儲設備(ROM、EEPROM或FLASH等)被映射到這個預先安排的地址上，當Bootloader放到Flash的起始處后，系統加電后，CPU將首先執行BootLoader程序。

三>啟動GRUB

GNU GRUB和GRUB是GRand

Unified Bootloader的縮寫，它是一個多重啟動管理器。用來引導不同系統，如windows/linux。

MBR后面64字節是分區表，從分區表中可以知道有沒有活動分區，以及哪些是活動分區，通常活動分區就是操作系統所在的分區。GRUB可以建立在MBR中，也可以建立在分區中。

從MBR載入Bootloader開始、載入kernel、載入init這些程序，都是由GRUB這個開機管理程序負責(/boot/grub/grub.conf)

引導過程

1、由硬盤啟動時，BIOS通常是轉向第一塊硬盤的第一個，即(MBR)。

2、裝載GRUB和的過程，包括：

1)裝載記錄

基本引導裝載程序所做的唯一的事情就是裝載第二引導裝載程序。

2)裝載Grub

第二引導裝載程序實際上是引出更高級的功能，以允許用戶裝載一個特定的。

3)裝載系統

如。GRUB把機器的控制權移交給。

不同的是，都是使用一種稱為鏈式裝載的引導方法來啟動的，，僅僅是簡單地指向操作系統所在分區的第一個。

四>加載內核

當內核映像被加載到內存之后，內核階段就開始，內核映像并不是一個可執行的內核，而是一個壓縮過的內核映像，通常是zImage(壓縮映像小于512KB)或bzImage(較大的壓縮映像，大于512KB)。在這個內核映像前面是一個例程，現實少量硬件設置，并對內核映像中包含的內核進行解壓，然后將其放入高端內存中，然后該例程會調用內核，并開始啟動內核引導的過程。

1)檢測電腦硬件設備。

2)將檢測到的硬件驅動程序載入Kernel。(守護進程kerneld)

3)如果必要的驅動程序載入Kernel后將根目錄以只讀的方式掛載進來。

4)Kernel載入第一個程序init進程。

在/sbin/init上來查尋init，如果沒有找到init，就會試著運行/bin/sh，如果還是失敗了，那么系統的啟動就宣告失敗了。

五> Init

在UNIX里，除了進程0(即PID=0的交換進程，Swapper

Process)以外的所有進程都是由其他進程使用fork創建的，這里調用fork創建新進程的進程即為父進程，而相對應的為其創建出的進程則為子進程，因而除了進程0以外的進程都只有一個父進程，但一個進程可以有多個子進程。

以進程標識符(Process

Identifier，即PID)來識別進程。進程0是系統引導時創建的一個特殊進程，在其調用fork創建出一個子進程(即PID=1的進程1，又稱init)后，進程0就轉為交換進程(有時也被稱為空閑進程)，而進程1(init進程)就是系統里其他所有進程的祖先。(fork后相當于復制了一份，也就相當于一個副本，所以在以后的程序執行，父進程改變父進程的數據，子進程改變子進程的數據)

init進程是系統所有進程的起點，在完成內核引導后，在本進程空間加載init程序，它的進程號是1。s

1、init進程作用

1)扮演終結父進程角色。

init進程永遠不會終止，所以系統確信它的存在，并在必要時以它為參照。如果某個進程在它衍生出來的全部子進程結束前被終止，就會出現以init為參照的情況，這個子進程立刻成為init的子進程，init進程自動對終止的子進程調用wait，防止產生僵尸進程。

2)進入某個特定的運行級別(Runlevlel)時運行相應的程序，以此對各種運行級別進行

管理。(由/etc/inittab文件定義)

Init程序讀取/etc/inittab文件決定做哪些操作

1)決定預設要使用哪個Run Level

2)Init會初始化作業系統的程序/etc/rc.d/rc.sysinit

3)Init根據執行的Run level來對應目錄里的程序，決定開啟哪些服務

操作系統

操作系統(英語：Operating System，簡稱OS)是管理與資源的，同時也是的核心與基石。操作系統身負諸如管理與配置、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與、操作與管理等基本事務。操作系統也提供一個讓用戶與系統交互的操作接口。

操作系統的形態非常多樣，不同機器安裝的操作系統可從簡單到復雜，可從的到的大型操作系統。許多操作系統制造者對它涵蓋范疇的定義也不盡一致，例如有些操作系統集成了，而有些僅使用文字接口，而將圖形接口視為一種非必要的應用。

操作系統理論在科學中，為歷史悠久而又活躍的分支；而操作系統的設計與實現則是工業的基礎與核心。

2內核

內核，是一個操作系統的核心。它負責管理系統的進程、、設備、文件和系統，決定著系統的性能和穩定性。

“內核”指的是一個提供抽象層、磁盤及控制、多任務等功能的。一個內核不是一套完整的操作系統。一套基于Linux內核的完整操作系統叫作Linux操作系統，或是GNU/Linux。

內核是操作系統最基本的部分。它是為眾多應用提供對的安全訪問的一部分，這種訪問是有限的，并且內核決定一個程序在什么時候對某部分硬件操作多長時間。直接對操作是非常復雜的，所以內核通常提供一種硬件抽象的方法來完成這些操作。抽象隱藏了復雜性，為和硬件提供了一套簡潔，統一的接口，使更為簡單。s

嚴格地說，內核并不是計算機系統中必要的組成部分。可以直接地被調入中執行，這樣的設計說明了設計者不希望提供任何抽象和操作系統的支持，它常見于早期計算機系統的設計中。最終，一些輔助性，例如程序加載器和調試器，被設計到機器核心當中，或者固化在里。這些變化發生時，操作系統內核的概念就漸漸明晰起來了。

摘自：

《基于嵌入式ARM的Bootloader研究與實現》

《Bootloader研究》s

總結

以上是生活随笔為你收集整理的centos7 启动流程图_Linux启动过程详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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