Linux启动过程综述

### Linux启动过程综述 #### Bootloader 在深入探讨Linux启动流程之前，我们先了解下Bootloader的作用。Bootloader是计算机启动过程中最早运行的程序之一，它的主要职责是从磁盘或其他存储介质加载操作系统内核到内存中，并将控制权交给内核。在不同的硬件平台上，Bootloader的设计和实现也会有所不同。 在Alpha/AXP平台上，Linux可以通过多种方式进行引导。其中最常见的两种方法是通过MILO或其他类似的引导程序进行引导，或者是通过Firmware直接引导。 **MILO** 是一种类似于i386平台上的LILO的引导程序，它内置了一些基本的磁盘驱动程序（如IDE、SCSI等）以及常见的文件系统驱动程序（如ext2、iso9660等）。这使得MILO能够有效地处理不同类型的存储设备和文件系统。 Firmware在Alpha/AXP平台上分为两种形式：ARC和SRM。ARC具有类似BIOS的功能，支持多重引导设置；而SRM则提供了一个功能强大的命令行界面，允许用户通过命令行来引导系统。这两种Firmware都可以通过引导MILO或直接引导Linux的引导代码来进行操作系统的启动。 在Alpha/AXP平台上，Linux的Bootloader主要由几个关键文件组成：“head.S”文件提供了对OSFPAL/1的调用入口，该文件会被编译并放置在引导扇区中，负责初始化一些数据结构，然后将控制权转移给“main.c”中的`start_kernel()`函数。这个函数负责输出一些提示信息、调用`pal_init()`来初始化PAL代码、调用`openboot()`打开引导设备并通过读取Firmware环境来确定引导设备。接下来，`load()`函数将核心代码加载到指定地址，并将Firmware中的核心引导参数加载到特定内存区域，最后通过调用`runkernel()`将控制权转移到内核，完成Bootloader的部分任务。 此外，“arch/alpha/boot/bootp.c”基于“main.c”和“head.S”生成用于BOOTP协议网络引导的Bootloader，这为网络引导提供了额外的支持。 #### Kernel引导入口 一旦Bootloader将控制权交给内核，Linux的启动流程进入下一个阶段——内核引导入口。在这个阶段，内核开始执行一系列初始化操作，以准备系统环境，使系统能够进一步启动并最终让用户登录。 对于i386平台来说，BIOS作为最初的引导程序，负责将引导分区的第一个扇区加载到实模式地址0x7c00处，然后将控制权交予这个扇区的代码。在“arch/i386/boot”目录下，`bootsect.S`是生成引导扇区的汇编源码。这段代码会将自身拷贝到更高的地址空间，并将紧随其后的`setup`部分（位于磁盘上的第二个扇区）拷贝到指定地址，同时将真正的内核代码拷贝到0x100000处。之后，`bootsect.S`会直接跳转到`setup.S`的入口，而`setup.S`的主要任务是将系统参数拷贝到特定内存区域，并检测和设置显示器和显示模式。`setup.S`将系统转换到保护模式，并跳转到0x100000（对于bzImage格式的大内核）或0x100000（对于zImage格式的小内核）处继续执行。 #### 核心数据结构初始化—内核引导第一部分 一旦内核获取了控制权，就开始了一系列初始化操作。这部分主要包括对核心数据结构的初始化，例如内存管理结构、中断处理机制、定时器以及其他一些基础的数据结构。这些初始化步骤为后续的内核操作打下了坚实的基础。 #### 外设初始化—内核引导第二部分 在外设初始化阶段，内核会加载和配置各种硬件设备的驱动程序，确保它们能够在系统中正常工作。这些驱动程序包括但不限于网络接口卡、磁盘控制器、输入设备等。通过这些初始化操作，内核能够识别并管理各种硬件资源。 #### init进程和inittab引导指令 在内核完成所有初始化工作后，接下来会创建一个名为init的特殊进程，它的PID始终为1。init进程根据/etc/inittab文件中的配置来决定系统的启动级别，并根据这个级别启动相应的服务和程序。inittab文件中包含了系统启动时需要执行的一系列指令，这些指令决定了系统的行为，比如是启动到图形界面还是文本界面。 #### rc启动脚本 rc脚本是一系列shell脚本的集合，用于执行系统启动时的各种初始化任务。这些脚本通常位于/etc/rc.d/init.d目录下，它们负责启动系统服务、设置系统环境变量等。rc脚本的执行顺序取决于/etc/inittab文件中定义的启动级别。 #### getty和login getty进程负责在终端上显示登录提示符，并等待用户输入用户名和密码。一旦用户成功登录，getty进程会启动一个shell（通常是bash）供用户使用。login程序则是用来验证用户的登录凭证，并进行必要的登录前和登录后的设置。 #### bash bash是GNU项目的Bourne Again SHell的简称，是Linux系统中最常用的shell之一。它不仅提供了基本的命令行交互功能，还支持脚本编程，是用户与操作系统之间的重要接口。 #### XDM方式登录 XDM（X Display Manager）是一种早期的X Window系统的显示管理器，它可以提供图形化的登录界面。用户可以通过XDM选择用户账户并登录到图形桌面环境中。 通过上述步骤，我们可以看到从开机到用户登录整个Linux启动过程涉及了多个复杂的环节，每个环节都扮演着重要的角色。理解这些环节的工作原理有助于更深入地掌握Linux系统的内部运作机制。