Linux系統(tǒng)啟動流程

CentOS6系統(tǒng)啟動流程

??操作系統(tǒng)（OS）也是一個程序，如果在硬件通電后讓這個特殊的程序運行起來，以及這個特殊的程序在啟動過程中做了什么，如下圖：

??從圖中可知，系統(tǒng)啟動（不僅僅是Linux系統(tǒng)）大致可分為幾個主要過程：硬件初始化-->找到并加載操作系統(tǒng)的內核-->內核初始化-->操作系統(tǒng)運行環(huán)境初始化-->登錄初始化-->登錄成功后的用戶初始化（包含圖形界面初始化或shell的初始化）-->最終用戶成功進入
操作系統(tǒng)并開始使用操作系統(tǒng)。

下面以CentOS6系統(tǒng)進入命令行為例簡單描述一下上面的幾個主要過程。

1.按下電源通電。主板通電后，CPU開始工作，它執(zhí)行固定地址處的一段非常小的硬編碼程序：BIOS，于是BIOS掌握了CPU控制權。

2.BIOS程序會進行硬件的上電自檢（Power-On Self-Test,POST）以確認有哪些硬件以及這些硬件是否故障。對于我們要探索的操作系統(tǒng)啟動流程來說，最重要的是會根據(jù)檢測到磁盤順序（除了磁盤，也可以是其它硬件設備，比如U盤、光盤、網(wǎng)卡等），按順序找到這些磁盤上正確的MBR，于是MBR開始掌握CPU控制權。

3.MBR是引導系統(tǒng)內核啟動的第一段代碼，它的位置固定處于磁盤的第一個扇區(qū)位置處（如果不固定，就不知道怎么找到MBR）。引導內核啟動的代碼段稱為Boot Loader，除MBR外，還需要通過其它引導系統(tǒng)的代碼段來一步步引導啟動內核，所以要引導一個內核的啟動，需要跳轉并執(zhí)行多段BootLoader。根據(jù)使用的啟動管理工具（如LILIO、GRUB、GRUB2等）不同，這一段段的引導代碼段稱呼和存放位置都不一樣，但第一個引導內核啟動的代碼段一定稱為MBR，也一定處于磁盤的第一個扇區(qū)位置，所以MBR才稱為主引導記錄（Master Boot Record）。

4.當找到內核映像后，將內核映像裝載到內存中并解壓（如果被壓縮的話），內核開始掌握CPU控制權并運行起來，期間內核會做很多工作，包括內核的初始化、掛載真正的根目錄并從臨時根目錄切換到真正的根目錄、啟動一些重要的進程，例如idle、進程調度器、init進程等。然后開始執(zhí)行用戶空間的第一個進程：init進程，于是init進程掌握了CPU的控制權，也從此開始進入用戶空間。

5.init進程開始運行后就表示操作系統(tǒng)真正已經(jīng)啟動成功了，但它仍然需要做系統(tǒng)級別的初始化，比如設置主機名、設置硬件參數(shù)、加載硬件驅動、掛載/etc/fstab中的一些文件系統(tǒng)等等。系統(tǒng)級別的運行環(huán)境一切初始化完成后，于是提供用戶登錄的界面，即init啟動getty類的進程。

6.getty類的進程啟動后，將打開一個終端，并提示用戶輸入用戶名，然后啟動一個login進程讓用戶輸入密碼并驗證密碼，密碼驗證通過后再審核用戶是否有權登錄，如果允許登錄，將根據(jù)/etc/passwd中的配置啟動該用戶對應的shell進程，例如bash進程。

7.shell進程啟動后讀取該shell對應的配置文件，并按照登錄式、交互式的shell運行模式進行初始化，初始化完成后將進入登錄式、交互式的shell，也就是命令行下。

8.至此，用戶可以通過shell命令行來使用操作系統(tǒng)。

CentOS7系統(tǒng)啟動流程

CentOS7的啟動與CentOS6啟動不同之處有兩大點：
1）內核引導階段，CentOS7默認使用grub2引導，而CentOS6默認使用傳統(tǒng)的grub引導。
2）系統(tǒng)環(huán)境初始化和后面的過程。內核初始化完成后，啟動PID=1的過程，而CentOS7中這個進程是systemd，它和CentOS6中的init進程的初始化方式大不相同。

systemd特性：
1）系統(tǒng)初始化時實現(xiàn)服務并行啟動；
2）按需啟動守護進程；
3）自動化的服務依賴關系管理；
4）同時采用socket式與D-Bus總線式激活服務；
5）系統(tǒng)狀態(tài)快照。

以下簡述CentOS7的啟動流程，詳細內容參考：man bootup幫助手冊。
1）UEFI或BIOS初始化，運行POST開機自檢；
2）選擇啟動設備；
3）引導內核，做部分內核初始化工作，加載initramfs；
4）啟動systemd進程，systemd進程此時工作在initramfs環(huán)境下；
5）systemd執(zhí)行initrd.target所有單元，包括掛載/etc/fstab、從ramdisk的虛根文件系統(tǒng)切換到真正的根文件系統(tǒng)；
6）systemd執(zhí)行默認target配置，其配置文件為/etc/systemd/system/default.target；
7）systemd執(zhí)行sysinit.target初始化系統(tǒng)及basic.target準備操作系統(tǒng)；
8）systemd啟動multi-user.target下的本機與服務器服務；
9）systemd執(zhí)行multi-user.target下的/etc/rc.d/rc.local；
10）systemd執(zhí)行multi-user.target下的getty.target讓用戶登錄；
11）啟動shell進程并初始化，最終進入命令行；

??上面的過程中最需要關注的便是大大提前了systemd的工作：在內核初始化階段就參與了剩下的工作。等到systemd完成了根文件系統(tǒng)的切換后，將正式進入操作系統(tǒng)的初始化過程，這時將進入步驟6），即根據(jù)默認target配置文件default.targe選擇默認的“運行級別”。