计算机的启动和Linux的启动

计算机的启动和Linux的启动

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一 计算机的启动

 

计算机的启动过程分为四个阶段，分别是：BIOS、MBR、启动管理程序、加载操作系统内核、操作系统启动。

 

1.1 BIOS

计算机加电后，第一件事就去加载BIOS进入内存，之后系统的控制权交给BIOS。BIOS首先会加载存储在CMOS中的各各硬件的配置参数，之后进行开机硬件自检（Power-On Self-Test POST）。

 

1.2 MBR

硬件自检完成之后，BIOS会根据CMOS中记录的存储设备的启动顺序，来读取第一个可启动设备的第一个扇区，这个扇区也叫主引导扇区MBR（Master Boot Record）。

 

（MBR一般是512字节，分为三部分，前边的446个字节里存放启动管理程序grub，后边的64个字节存放存储设备的分区表，最后的两个字节的值是0x55和0xAA，表明这个设备可以用于启动。）

 

1.3 Grub

BIOS把MBR中的grub读取到内存之后，就把计算机的控制权交给grub。grub给用户显示一个可启动操作系统的选单，由用户来选择要启动哪一个操作系统。

 

1.4 加载操作系统内核

选定要启动的操作系统之后，grub负责读取磁盘中的操作系统入内存。接下来系统的控制权会交给操作系统的核心kernel。

 

二 操作系统的启动

操作系统的启动过程是在grub把kernel加载进入内存之后，控制权交给kernel之后开始的。比较复杂，包括以下步骤：kernel重新检测硬件并驱动外围设备、启动初始化程序/sbin/init、确定运行级别/etc/inittab、处理系统初始化、加载开机启动服务程序、加载用户自定义开机启动程序、用户登录（/sbin/mingetty，/bin/login）、进入login shell（bash）、打开non login shell。

 

2.1 kernel重新检测硬件并驱动外围设备

kernel在内存中开始运行之后，它首先会重新检测一遍硬件，然后kernel会加载各个外围设备的驱动程序，驱动各个外围设备。

此时，主机的硬件就已经全部准备就绪了。

 

2.2 kernel运行/sbin/init程序

主机硬件准备就绪后，kernel会运行/sbin/init程序，它是kernel之外的第一个进程，所以它的PID是1，其他进程都是它的子进程。

 

/sbin/init的主要功能是准备软件执行的环境，包括系统的主机名、网络设定、语言处理、文件系统格式和其他系统服务的启动。

 

这些功能都是由它的配置文件/etc/inittab来确定的。

 

2.3 确定运行级别

init进程会根据它的配置文件/etc/inittab文件来确定系统的运行级别。系统有7个运行级别，但是一般只有一个默认运行级别，init接下来会根据这个默认的运行级别，运行一些列的脚本来完成它的各项功能。

 

运行级别是记录在/etc/inittab文件中的，它一般包括7个级别，分别是0-6号：

0 - halt (Do NOT set initdefault to this)

1 - Single user mode

2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)

3 - Full multiuser mode

4 - unused

5 - X11

6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)

 

id:3:initdefault: #这就是默认的运行级别

 

每个运行级别在/etc/rc.d目录下面，都有一个对应的子目录，指定要加载的程序。

rc0.d

rc1.d

rc2.d

rc3.d

rc4.d

rc5.d

rc6.d

 

2.4 init处理系统初始化（/etc/rc.d/rc.sysinit）

在init运行各个系统服务的启动脚本之前，得先用rc.sysinit脚本来准备好系统环境，

 

2.5 加载开机启动的系统服务程序

一般各个运行级别在/etc/rc.d/都有一个目录rcN.d，这个目录中存放了这个级别需要启动的服务的启动脚本。

比如/etc/rc.d/rc3.d/下

...

K92pppoe-server

K95firstboot

K95rdma

K99rngd

S01sysstat

S02lvm2-monitor

...

 

这些脚本的名字是这样的：字母S或K+两位数字+程序名。根据S开头或K开头，脚本分为两类：一类以S开头，表示在这个运行级别下要启动的服务，另一类以K开头，表示在这个运行级别下坚决要关闭的服务，尤其是如果从其他运行级别切换过来，需要关闭的程序。

后面的两位数字表示处理顺序，数字越小越早处理，数字相同时，则按照程序名的字母顺序启动。

 

运行这些启动脚本之后，各项随着开机而启动的服务程序就都启动起来了。

 

2.6 自定义开机启动程序

开机的时候不仅可以启动一些必须的系统服务程序，用户还可以自己指定一些想要在开机时启动的程序，这些程序一般放在/etc/rc.d/rc.local文件中。

在完成了系统的各项服务之后，就可以运行rc.local来启动用户自定义的开机启动程序了。

 

2.7 用户登录

系统开机启动程序和用户开机启动程序都启动完成后，就可以让用户登录了。

 

一般会有三种用户登录方式：

（1）命令行登录

（2）ssh登录

（3）图形界面登录

这三种方式的用户名和密码的验证方式不一样。

（1）命令行登录：init进程调用mingetty程序（意为get teletype），让用户输入用户名和密码。输入完成后，再调用login程序，核对密码。如果密码正确，就从文件 /etc/passwd 读取该用户指定的shell，然后启动这个shell。

（2）ssh登录：这时系统调用sshd程序，取代mingetty和login，然后启动shell。

（3）图形界面登录：init进程调用显示管理器，Gnome图形界面对应的显示管理器为gdm（GNOME Display Manager），然后用户输入用户名和密码。如果密码正确，就读取/etc/gdm/Xsession，启动用户的会话。

 

2.8 login shell 与 non login shell

上面的用户登录之后启动的shell，就是login shell。

login shell会读取/etc/profile、~/.bash_profile或~/.bash_login或~/.profile等配置文件，而在~/.bash_profile中又会执行~/.bashrc文件，这些配置文件会做设置环境变量等其他的工作。

 

在login shell下启动的其他的shell都是non login shell。non login shell在启动之前只会读取~/.bashrc文件。

 

 

以上就是计算机的启动过程和操作系统的启动过程，之后系统就进入了shell控制过程中了。