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Linux开机启动过程详解(bootstrap)

程序员文章站 2022-07-18 10:58:37
计算机开机是一个神秘的过程。我们只是按了开机键,就看到屏幕上的进度条或者一行行的输出,直到我们到达登录界面。然而,计算机开机又是个异常脆弱的过程,我们满心期望的登录界面可... 14-09-04...

了解计算机开机过程有助于我们修复开机可能出现的问题。

最初始阶段

当我们打开计算机电源,计算机会自动从主板的bios(basic input/output system)读取其中所存储的程序。这一程序通常知道一些直接连接在主板上的硬件(硬盘,网络接口,键盘,串口,并口)。现在大部分的bios允许你从软盘、光盘或者硬盘中选择一个来启动计算机。

下一步,计算机将从你所选择的存储设备中读取起始的512 bytes(比如光盘一开是的512 bytes,如果我们从光盘启动的话)。这512 bytes叫做主引导记录mbr (master boot record)。mbr会告诉电脑从该设备的某一个分区(partition)来装载引导加载程序(boot loader)。boot loader储存有操作系统(os)的相关信息,比如操作系统名称,操作系统内核 (kernel)所在位置等。常用的boot loader有grub和lilo。

随后,boot loader会帮助我们加载kernel。kernel实际上是一个用来操作计算机的程序,它是计算机操作系统的内核,主要的任务是管理计算机的硬件资源,充当软件和硬件的接口。操作系统上的任何操作都要通过kernel传达给硬件。windows和linux各自有自己kernel。狭义的操作系统就是指kernel,广义的操作系统包括kernel以及kernel之上的各种应用。

(linus torvalds与其说是linux之父,不如说是linux kernel之父。他依然负责linux kernel的开发和维护。至于ubuntu, red hat, 它们都是基于相同的kernel之上,囊括了不同的应用和界面构成的一个更加完整的操作系统版本。)

实际上,我们可以在多个分区安装boot loader,每个boot loader对应不同的操作系统,在读取mbr的时候选择我们想要启动的boot loader。这就是多操作系统的原理。

小结:bios -> mbr -> boot loader -> kernel

kernel

如果我们加载的是linux kernel,linux kernel开始工作。kernel会首先预留自己运行所需的内存空间,然后通过驱动程序(driver)检测计算机硬件。这样,操作系统就可以知道自己有哪些硬件可用。随后,kernel会启动一个init进程。它是linux系统中的1号进程(linux系统没有0号进程)。到此,kernel就完成了在计算机启动阶段的工作,交接给init来管理。

小结: kernel -> init process

init process

(根据boot loader的选项,linux此时可以进入单用户模式(single user mode)。在此模式下,初始脚本还没有开始执行,我们可以检测并修复计算机可能存在的错误)

随后,init会运行一系列的初始脚本(startup scripts),这些脚本是linux中常见的shell scripts。这些脚本执行如下功能:

设置计算机名称,时区,检测文件系统,挂载硬盘,清空临时文件,设置网络……

当这些初始脚本,操作系统已经完全准备好了,只是,还没有人可以登录!!!init会给出登录(login)对话框,或者是图形化的登录界面。

输入用户名(比如说vamei)和密码,done!

在此后的过程中,你将以用户(user)vamei的身份操作电脑。此外,根据你创建用户时的设定,linux还会将你归到某个组(group)中,比如可以是stupid组,或者是vamei组。

所以你将是用户vamei, 同时是vamei组的组员。(注意,组vamei和用户vamei只是重名而已,就好想你可以叫dell, 同时还是dell公司的老板一样。你完全也可以是用户vamei,同时为stupid组的组员)

总结

bios -> mbr -> boot loader -> kernel -> init process -> login

用户,组。