linux系统启动流程分析.docx

### Linux系统启动流程详解 #### 一、启动过程概述 Linux系统的启动流程是一个复杂而精细的过程，从硬件的上电自检开始，直至用户能够看到登录界面，涉及多个步骤和技术细节。本文旨在深入剖析这一过程，帮助初学者理解Linux系统的启动机制。 #### 二、BIOS自检与BROM引导 当计算机上电后，CPU的程序计数器(PC)寄存器被设置为指向内置ROM的起始地址，即BROM(Boot ROM)。BROM通常包含以下功能模块： 1. **CPU初始化**：设置CPU的工作模式，关闭中断等。 2. **启动介质驱动**：识别并驱动启动所需的介质，如硬盘或USB设备。 3. **固件下载**：用于更新固件的模式，方便维护。 4. **BROM引导程序**：从启动介质中加载第二阶段引导程序。 5. **签名验证**：确保加载的程序是安全可靠的。 #### 三、MBR引导 BIOS自检完成后，会读取硬盘的主引导记录(MBR)，这是位于硬盘0柱面、0磁头、1扇区的一个关键区域。MBR包含了启动分区的信息以及一个启动加载程序(Boot Loader)。BIOS将这部分数据复制到内存中执行，从而启动Boot Loader。 #### 四、Boot Loader启动 Boot Loader是一个在操作系统内核运行前执行的小程序，其主要任务包括： 1. **硬件初始化**：设置硬件设备，为操作系统提供合适的环境。 2. **内存管理**：建立内存空间的映射关系。 3. **内核准备**：加载内核映像到内存中。 Boot Loader分为两个阶段(stage1和stage2)： - **Stage1**: 主要完成硬件的基本初始化工作，比如设置异常向量表、关闭中断、配置CP15等。 - **Stage2**: 初始化更高级的硬件设备，并将内核映像和根文件系统映像从闪存读到RAM中，最后调用内核。 #### 五、内核映像格式 内核编译后会产生两种常见的映像文件：`Image` 和 `zImage`。`Image` 是未压缩的内核映像文件，而 `zImage` 是经过压缩的内核映像，通常占用的空间较小。此外，还有 `uImage`，它是 `zImage` 的扩展版，包含了额外的元信息，例如内核版本、加载位置等。 #### 六、内核加载与自解压 一旦Boot Loader将内核映像加载到内存中，内核就会开始自解压过程。如果内核是以压缩形式加载的，则需要先解压。解压过程由内核自身完成，主要包括以下几个步骤： 1. **解压准备**：初始化必要的资源，准备解压工作。 2. **内核解压**：使用解压算法将压缩的内核映像解压到内存中。 3. **内核启动**：解压完成后，内核开始执行。 这些操作发生在`kernel/arch/arm/boot/compressed`目录下的几个关键文件中，包括`head.o`、`misc.o`、`piggy.gzip.o` 和 `decompress.o`。`head.o` 负责初始化设置，`misc.o` 主要处理解压工作，而 `decompress.o` 支持多种压缩格式的解压。 #### 七、结论 通过对Linux系统启动流程的详细分析，我们可以看出这是一个多层次、多步骤的过程。从硬件的上电自检到BIOS引导，再到Boot Loader的加载和内核的启动，每一步都至关重要。了解这些基础知识不仅有助于更好地理解和使用Linux系统，还能为未来的系统管理和故障排除打下坚实的基础。