4-3 Linux启动流程

前言

Linux系统的启动过程并不是大家想象中的那么简单，其过程可以分为多个阶段：

通电 –> BIOS –> 主引导记录（MBR）–> grub引导 –> 加载内核 –> init进程 –> 读取/etc/inittab（运行级别）–> /etc/init.d –> 用户登录 –> Login shell

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经典启动流程

以centos6为例，具体启动过程如下图所示：

1 按下电源

这是第一步。默认情况下，也只需这一步，服务器会按照预定程序完成后续开机工作。

当计算机打开电源后，首先是BIOS开机自检，按照BIOS中设置的启动设备（通常是硬盘）来启动。

操作系统接管硬件以后，首先读入 /boot 目录下的内核文件。

2 开机自检(BIOS)

通电后，服务器开机自检，包括硬盘内存等硬件设备。最后按照BIOS中设置的启动设备（通常是硬盘）来启动。

UEFI是新的主板引导模式，被看做是BIOS的继任者。

3 MBR引导

众所周知，硬盘上第 0 磁道第一个扇区被称为 MBR，也就是 Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是 512 字节，存放了预启动信息、分区表信息。

系统找到 BIOS 所指定的硬盘的 MBR 后，就会将其复制到 0x7c00 地址所在的物理内存中。其实被复制到物理内存的内容就是 “引导加载器（Boot Loader）”，而具体到服务器，那就是下一步的grub了。

GPT是另一种分区表(数据存储结构)，比MBR能保存更多分区等。注意，主板引导与磁盘分区表必须一致：

BIOS -> MBR
UEFI -> GPT

4 GRUB菜单

grub是一个小程序，负责引导加载系统。开机时会显示普通模式(默认)和rescue救援模式。通俗讲，有双系统时选择进入windows还是linux。

grub2配置文件位于/boot/grub2/grub.cfg中，由grub2 mkconfig使用/etc/grub.d中的模板和/etc/default/grub中的设置自动生成。

5 加载内核

grub选择操作系统后，os接管硬件，便加载 /boot 目录下的内核文件到内存里。boot目录内核文件包括：

$ ls /boot　　
config-3.2.0-3-amd64
config-3.2.0-4-amd64
grub
initrd.img-3.2.0-3-amd64
initrd.img-3.2.0-4-amd64
System.map-3.2.0-3-amd64
System.map-3.2.0-4-amd64
vmlinuz-3.2.0-3-amd64
vmlinuz-3.2.0-4-amd64

6 运行init进程

init进程是系统所有进程的起点，它的进程号是1。init进程是所有进程的发起者和控制者，即所有其它进程的父进程，所以永远不会被终止。

如果某个进程在它衍生出来的全部子进程结束之前被终止，就会出现必须以init为参照的情况。此时那些失去了父进程的子进程就都会以init作为它们的父进程。

7 读取/etc/inittab

init的第二大作用，就是读取/etc/inittab，使得在进入某个特定的运行级别（Runlevel）时启动相应的程序。

Linux系统有7个运行级别(runlevel)：

1. 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
2. 运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登录
3. 运行级别2：多用户状态(没有NFS)
4. 运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登录后进入控制台命令行模式
5. 运行级别4：系统未使用，保留
6. 运行级别5：X11控制台，登录后进入图形GUI模式
7. 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

8 读取/etc/rc.sysinit初始化系统

rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本，根据该脚本文件执行相应的系统初始化。

它主要完成的工作有：激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块，设置键盘、字体， 装载模块，设置网络等等以及其它一些需要优先执行任务。

9 运行/etc/rc.d/rcN.d/脚本

当运行级别为5，则系统会加载位置/etc/rc.d/rc5.d目录里的所有开机脚本。以此类推，不同运行级别运行不同目录的脚本。

/etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本实际上都是一些连接文件，真正的rc启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。

rc启动脚本有着类似的用法，它们一般能接受start、stop、restart、status等参数。

10 /etc/rc.local

执行用户自定义的开机启动程序，/etc/rc.local是一个shell脚本文件，将其赋予可执行文件，才能发挥作用。

zookeeper注册中心服务器开机自启动：

echo '/apps/zookeeper/bin/zkServer.sh start' >> /etc/rc.local
chmod +x /etc/rc.d/rc.local

11 登录页面login

系统运行mingetty程序显示登录页面，再执行/bin/login程序，用户输入账号密码信息将作为参数传给login程序来验证身份。

对于运行级别为5的图形方式用户来说，他们的登录是通过一个图形化的登录界面。登录成功后可以直接进入 KDE、Gnome 等窗口管理器。

对于运行级别为3的命令行方式用户来说，显示的是字符登录界面。当然，两种运行级别都可以通过ssh进行远程登录。

centos7与centos6

centos7与centos6启动略有不同，最大区别为centos7的系统第一个进程pid1为systemd程序，而centos6是init程序。

正如经典启动流程所示，从运行init进程往后红色部分为cento6特有。往前开机顺序是相似的。

两者开机启动流程的具体过程如下图：