linux系统启动过程

⑴ 树莓派linux启动过程简介

    昨天在写关于linux设置脚本开机启动的文章时，有个疑问就是开机时怎么确认运行级别，然后遍历执行/etc/rcN.d/目录下的所有服务程序。带着疑问， 在前人的基础上 学习总结一下linux系统初始化的工作的内容，现在树莓派4B上展示出来。

1、加载内核

    当计算机打开电源后，首先是BIOS开机自检，按照BIOS中设置的启动设备（通常是硬盘）来启动。操作系统接管硬件以后，首先读入 /boot 目录下的内核文件。树莓派4B的内核是Raspbian GNU/Linux 10 (buster)，基于Debian。

2、初始化进程init

    内核文件加载以后，运行第一个程序init，它的作用是初始化系统环境。init位于目录/sbin，进程号PID为1，即1号进程，其他所有进程都由init衍生，是init的子进程。

    同时还有个0号进程，idle进程，在系统初始化时由内核kernel自身从无到有创建，通过调用kernel_thread创建一个内核线程去执行init函数，0号进程创建1号进程。

3、运行级别

    具体介绍请参考笔者的文章-Linux运行级别简介  ，但是开机时是怎么确定运行级别的呢？

    init进程首先读取文件 /etc/inittab，它是运行级别的设置文件。但是各个发行版不太一样，init的配置文件也不一样，有可能使用/etc/event.d里面的配置文件，最新版的改用为/etc/init目录。

4、开机启动程序

    具体详情请参考文章-linux中/etc/init.d设置开机启动 ，确定运行级别后，执行rcN.d目录下的文件，这些链接文件是连接到init.d目录下的程序。init进程逐一加载开机启动程序，其实就是运行这个目录里的启动脚本。

    比如运行级别为5（图形化多用户）时启动的程序：

5、用户登录

    开机启动程序加载完毕以后用户登录。用户的登录方式有三种：

    命令行登录：init进程调用getty程序。

    ssh登录：init进程调用sshd程序。

    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。

6 、login shell

    默认shell时bash，命令行界面，让用户可以直接与操作系统对话。读取环境变量，具体请参考笔者文章-Linux环境变量的设置。

⑵ linux开机启动会依次加载哪些脚本

1、相关基础知识点x0dx0a 1）redhat的启动方式和执行次序是： x0dx0a加载内核 x0dx0a执行init程序 x0dx0a /etc/rc.d/rc.sysinit # 由init执行的第一个脚本 x0dx0a /etc/rc.d/rc $RUNLEVEL # $RUNLEVEL为缺省的运行模式 x0dx0a /etc/rc.d/rc.local #相应级别服务启动之后、在执行该文件（其实也可以把需要执行的命令写到该文件中）x0dx0a /sbin/mingetty # 等待用户登录 x0dx0ax0dx0a在Redhat中，/etc/rc.d/rc.sysinit主要做在各个运行模式中相同的初始化工作，包括： x0dx0a调入keymap以及系统字体 x0dx0a启动swapping x0dx0a设置主机名 x0dx0a设置NIS域名 x0dx0a检查（fsck）并mount文件系统 x0dx0a打开quota x0dx0a装载声卡模块 x0dx0a设置系统时钟 x0dx0ax0dx0a等等。 x0dx0a /etc/rc.d/rc则根据其参数指定的运行模式(运行级别，你在inittab文件中可以设置)来执行相应目录下的脚本。凡是以Kxx开头的，都以stop为参数来调用；凡是以Sxx开头的，都以start为参数来调用。调用的顺序按xx从小到大来执行。(其中xx是数字、表示的是启动顺序)例如，假设缺省的运行模式是3，/etc/rc.d/rc就会按上述方式调用 /etc/rc.d/rc3.d/下的脚本。 x0dx0ax0dx0a值得一提的是，Redhat中的运行模式2、3、5都把/etc/rc.d/rc.local做为初始化脚本中的最后一个，所以用户可以自己在这个文件中添加一些需要在其他初始化工作之后，登录之前执行的命令。 x0dx0a init在等待/etc/rc.d/rc执行完毕之后（因为在/etc/inittab中/etc/rc.d/rc的 x0dx0a action是wait），将在指定的各个虚拟终端上运行/sbin/mingetty，等待用户的登录。 x0dx0ax0dx0a至此，LINUX的启动结束。x0dx0a 2、init运行级别及指令x0dx0ax0dx0a一、什么是INIT: x0dx0ainit是Linux系统操作中不可缺少的程序之一。 x0dx0a所谓的init进程，它是一个由内核启动的用户级进程。 x0dx0a内核自行启动（已经被载入内存，开始运行，并已初始化所有的设备驱动程序和数据结构等）之后，就通过启动一个用户级程序init的方式，完成引导进程。所以,init始终是第一个进程（其进程编号始终为1）。 x0dx0a内核会在过去曾使用过init的几个地方查找它，它的正确位置（对Linux系统来说）是/sbin/init。如果内核找不到init，它就会试着运行/bin/sh，如果运行失败，系统的启动也会失败。x0dx0a二、运行级别 x0dx0a那么，到底什么是运行级呢？ x0dx0a简单的说，运行级就是操作系统当前正在运行的功能级别。这个级别从1到6 ，具有不同的功能。 x0dx0a不同的运行级定义如下 x0dx0a# 0 - 停机（千万不能把initdefault 设置为0 ） x0dx0a# 1 - 单用户模式 # s init s = init 1x0dx0a# 2 - 多用户，没有 NFS x0dx0a# 3 - 完全多用户模式(标准的运行级) x0dx0a# 4 - 没有用到 x0dx0a# 5 - X11 多用户图形模式（xwindow) x0dx0a# 6 - 重新启动 （千万不要把initdefault 设置为6 ） x0dx0a这些级别在/etc/inittab 文件里指定。这个文件是init 程序寻找的主要文件，最先运行的服务是放在/etc/rc.d 目录下的文件。在大多数的Linux 发行版本中，启动脚本都是位于 /etc/rc.d/init.d中的。这些脚本被用ln 命令连接到 /etc/rc.d/rcn.d 目录。(这里的n 就是运行级0-6) x0dx0a 3）：chkconfig 命令（redhat 操作系统下）x0dx0ax0dx0a不像DOS 或者 Windows，Linux 可以有多种运行级。常见的就是多用户的2,3,4,5 ，很多人知道 5 是运行 X-Windows 的级别，而 0 就x0dx0a是关机了。运行级的改变可以通过 init 命令来切换。例如，假设你要维护系统进入单用户状态，那么，可以使用 init 1 来切换。在 Linux 的运行级的切换过程中，系统会自动寻找对应运行级的目录/etc/rc[0-6].d下的K 和 S 开头的文件，按后面的数字顺序，执行这x0dx0a些脚本。对这些脚本的维护，是很繁琐的一件事情，Linux 提供了chkconfig 命令用来更新和查询不同运行级上的系统服务。 x0dx0ax0dx0a语法为： x0dx0a chkconfig --list [name] x0dx0a chkconfig --add name x0dx0a chkconfig --del name x0dx0a chkconfig [--level levels] name x0dx0a chkconfig [--level levels] name x0dx0a chkconfig 有五项功能：添加服务，删除服务，列表服务，改变启动信息以及检查特定服务的启动状态。 x0dx0a chkconfig 没有参数运行时，显示用法。如果加上服务名，那么就检查这个服务是否在当前运行级启动。如果是，返回 true，否则返回false。 --level 选项可以指定要查看的运行级而不一定是当前运行级。 x0dx0ax0dx0a如果在服务名后面指定了on，off 或者 reset，那么 chkconfig 会改变指定服务的启动信息。on 和 off 分别指服务在改变运行级时的启动和停止。reset 指初始化服务信息，无论有问题的初始化脚本指定了什么。 x0dx0ax0dx0a对于 on 和 off 开关，系统默认只对运行级 3，4， 5有效，但是 reset 可以对所有运行级有效。指定 --level 选项时，可以选择特定的运行级。 x0dx0a x0dx0a需要说明的是，对于每个运行级，只能有一个启动脚本或者停止脚本。当切换运行级时，init 不会重新启动已经启动的服务，也不会再次去停止已经停止的服务。 x0dx0ax0dx0a选项介绍： x0dx0a --level levels x0dx0ax0dx0a指定运行级，由数字 0 到 7 构成的字符串，如： x0dx0a --level 35 表示指定运行级3 和5。 x0dx0ax0dx0a要在运行级别3、4、5中停运 nfs 服务，使用下面的命令：chkconfig --level 345 nfs off x0dx0a --add name x0dx0ax0dx0a这个选项增加一项新的服务，chkconfig 确保每个运行级有一项启动(S) 或者 杀死(K) 入口。如有缺少，则会从缺省的init 脚本自动x0dx0a建立。 x0dx0a --del name x0dx0ax0dx0a用来删除服务，并把相关符号连接从 /etc/rc[0-6].d 删除。 x0dx0a --list name x0dx0ax0dx0a列表，如果指定了name 那么只是显示指定的服务名，否则，列出全部服务在不同运行级的状态。 x0dx0ax0dx0a运行级文件 x0dx0ax0dx0a每个被chkconfig 管理的服务需要在对应的init.d 下的脚本加上两行或者更多行的注释。 x0dx0ax0dx0a第一行告诉 chkconfig 缺省启动的运行级以及启动和停止的优先级。如果某服务缺省不在任何运行级启动，那么使用 - 代替运行级。 x0dx0ax0dx0a第二行对服务进行描述，可以用 跨行注释。 x0dx0ax0dx0a例如，random.init 包含三行： x0dx0a # chkconfig: 2345 20 80 x0dx0a # description: Saves and restores system entropy pool for x0dx0a # higher quality random number generation. x0dx0ax0dx0a表明 random 脚本应该在运行级 2, 3, 4, 5 启动，启动优先权为20，停止优先权为 80。 x0dx0ax0dx0a好了，介绍就到这里了，去看看自己目录下的/etc/rc.d/init.d 下的脚本吧。 x0dx0ax0dx0a设置自启动服务:chkconfig --level 345 nfs on x0dx0a2. 实例介绍：x0dx0a 1、在linux下安装了apache 服务（通过下载二进制文件经济编译安装、而非rpm包）、apache 服务启动命令： /server/apache/bin/apachectl start 。让apache服务运行在运行级别3下面。x0dx0a命令如下： x0dx0a 1）touch /etc/rc.d/init.d/apachex0dx0a vi /etc/rc.d/init.d/apachex0dx0a chown -R root /etc/rc.d/init.d/apachex0dx0a chmod 700 /etc/rc.d/init.d/apachex0dx0a ln -s /etc/rc.d/init.d/apache /etc/rc.d/rc3.d/S60apache #S 是start的简写、代表启动、K是kill的简写、代表关闭。60数字x0dx0a代表启动的顺序。（对于iptv系统而言、许多服务都是建立在数据库启动的前提下才能够正常启动的、可以通过该数字就行调整脚本的启动顺序）） x0dx0a apache的内容：x0dx0a #!/bin/bashx0dx0a #Start httpd servicex0dx0a /server/apache/bin/apachectl startx0dx0ax0dx0a至此 apache服务就可以在运行级别3下 随机自动启动了。（可以结合chkconfig 对启动服务进行相应的调整）。x0dx0a由于相关变量定义不同, 所以以下启动顺序仅供参考x0dx0a在Redhat Redflag centos fc linux系统里面脚本的启动x0dx0a先后：x0dx0a第一步：通过/boot/vm进行启动 vmlinuzx0dx0a第二步：init /etc/inittabx0dx0a第三步：启动相应的脚本，并且打开终端x0dx0arc.sysinitx0dx0arc.d(里面的脚本）x0dx0arc.localx0dx0a第四步：启动login登录界面 loginx0dx0a第五步:在用户登录的时候执行sh脚本的顺序：每次登录的时候都会完全执行的x0dx0a/etc/profile.d/filex0dx0a/etc/profilex0dx0a/etc/bashrcx0dx0a/root/.bashrcx0dx0a/root/.bash_profilex0dx0a编者注：x0dx0aNtsysv命令也可以实现根据不同运行级别启动不同的服务，但是一定要注意，使用ntsysv命令，默认采用图形的方式管理服务的启动，但是在这种情况下设置的服务，只对当前的运行级别有效果！因此，建议最好还是使用 chkconfig 来进行服务的管理。

⑶ Linux系统启动及定制过程

CentOS的启动流程总体顺序如下:

POST --> Boot Sequence --> bootloader(MBR) --> Kernel --> 加载rootfs --> switchroot --> /sbin /init --> (配置文件：/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 根据init配置文件设置默认运行级别 --> 运行系统初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit，完成系统初始化 --> 开启或关闭用户选定的对应运行级别下所对应的服务 --> 启动终端，打印登录提示符。

注：前面加粗部分代表内核空间的系统启动流程，后面未加粗部分代表用户空间的系统启动流程。

第一步：硬件启动过程

POST加电自检

主要实现的功能是检测各个外围硬件设备是否存在而且能够正常运行起来，实现这一自检功能的是固化在主板上的ROM(主要代表为CMOS)芯片上的BIOS(Basic Input/Output System)程序；例如BIOS会检测CPU、Memory以及I/O设备是否能够正常运行，如果是个人计算机的话可能还会检测一下显示器。只要一通电，CPU就会自动去加载ROM芯片上的BIOS程序，是这样来实现的。而检测完成之后就进行硬件设备的初始化。

选择启动设备以加载MBR

主要实现的功能是选择要启动的硬件设备，选择了之后就可以读取这个设备上位于MBR里头的bootloader了。这一步的实现是这样的：根据BIOS中对启动顺序的设定，BIOS自己会依次扫描各个引导设备，然后第一个被扫描到具有引导程序(bootloader)的设备就被作为要启动的引导设备。

MBR（Main Boot Record），是硬盘的0柱面，0磁道、1扇区（第一个扇区），称为主引导扇区，也称为主引导记录。它由三部分组 成：主引导程序（BootLoader）、硬盘分区表DPT（Disk Partition table）和硬盘有效标志（55AA）。
注：硬盘默认一个扇区大小为512字节。
第一部分，主引导程序（BootLoader）占446个字节，负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序。
第二部分，硬盘分区表DPT占64个字节，有4个分区表项，每个分区表项占16个字节，硬盘中分区有多少以及每一个分区的大小都记 录在其中。
第三部分，硬盘有效标志，占2个字节，固定为55AA。如果这个标志位0xAA55，就认为这个是MB

第二步：GRUB引导阶段

不同的系统有不同的主引导程序（BootLoader）。Windows使用的是NTLDR（NT Loader，Windows NT系列操作系统）、Bootmgr（Boot Manager，Windows Vista，7，8，10），Linux一般使用的是grub（也叫grub legacy）和grub2。GRUB程序加载执行并引导kernel（内核）程序，其中有三个阶段，Grub引导阶段的文件都在/boot/grub/目录下。

stage1： 这一阶段执行的就是系统安装时预先写入到MBR的Bootloader程序，即是存放在MBR的前446字节里的程序。它的任务仅是读取（加载）硬盘的0柱面，0磁道，2扇区的内容（/boot/grub/stage1）并执行。

stage1.5： 这一阶段是Stage1阶段和Stage2阶段的桥梁，功能是加载stage2所在分区的文件系统驱动，让stage1中的bootloader能识别stage2所在分区的文件系统，此后grub程序便有能力去访问/boot/grub/stage2。

stage2： 这一阶段读取并解析grub的配置文件/boot/grub/grub.cnf，根据配置文件加载内核镜像到内存中，通过initrd程序建立虚拟根文件系统，最后调用（转交）内核。

第三步：内部引导阶段

加载内核，核心开始解压，启动一些最核心的程序。为了让内核足够的轻小，硬件驱动并没放在内核文件里面。系统仅探测可识别到的所有硬件设备，加载硬件驱动程序，即加载真正的根文件系统所在设备的驱动程序（有可能会借助于ramdisk加载驱动），以只读方式挂载根文件系统，运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init。

第四步：init初始化阶段（系统初始化阶段）

虽然CentOS 5、CentOS 6以及CentOS 7的/etc/init配置文件内容各不相同，但总体的启动流程相同：/sbin/init --> 根据/etc/inittab配置文件设置默认运行级别 --> 运行系统初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit，完成系统初始化 --> 关闭或启动用户选定的默认运行级别所对应的服务 。

对于CentOS 5来说，初始化程序init是SysV init，其配置文件为：/etc/inittab； 对于CentOS 6来说，初始化程序init是upstart，其配置文件为：/etc/inittab， /etc/init/ .conf，也就是upstart将配置文件拆分成多个，在/etc/init/目录下以conf结尾的都是upstart风格的配置文件，而/etc/inittab仅用于设置默认运行级别； 对于CentOS 7来说，初始化程序init是systemd，其配置文件：/usr/lib/system/systemd/, /etc/systemd/system/ ；

具体执行过程：/sbin/init程序会读取/etc/inittab文件确认运行级别，然后执行/etc/rc.d/rc脚本，根据确认的运行级别启动对应/etc/rc.d/rc#.d/目录下的服务（#为0~6），与此同时执行系统初始化脚本/etc/rc.sysinit（软链接，指向/etc/rc.d/rc.sysinit），还会加载/etc/rc.local（软链接，指向/etc/rc.d/rc.local文件）用户自定义服务（脚本）。

CentOS7中初始化进程变为了systemd，systemd即为system daemon，是Linux下的一种init软件，开发目标是提供更优秀的框架以表示系统服务间的依赖关系，并依此实现系统初始化时服务的并行启动，同时达到降低Shell系统开销的效果，最终代替现在常用的System V与BSD风格的init程序。与多数发行版使用的System V风格的init相比，systemd采用了以下的新技术：A.采用Socket激活式与总线激活式服务，以提高相互依赖的各服务的并行运行性能；B.用Cgroup代替PID来追踪进程，即使是两次fork之后生成的守护进程也不会脱离systemd的控制。

第五步：启动终端

根据前面获取的运行级别来启动终端，mingetty程序是用于启动终端的，它会调用登录程序login，这样就能显示出登录提示符了，类似mingetty这种用于打开终端的程序还有getty等。而如果默认运行级别为5，则会打开图形界面。

第一步：硬件启动过程

这一步和CentOS6差不多，详细请看1.1内容。

第二步：GRUB引导阶段

从这一步开始，CentOS6和CentOS7的启动流程区别开始展现出来了。CentOS7的主引导程序使用的是grub2，执行过程是先加载boot.img、core.img两个镜像，再加载MOD模块文件，把grub2程序加载执行，接着解析配置文件/boot/grub/grub.cfg，根据配置文件加载内核镜像到内存，之后构建虚拟根文件系统，最后转到内核。

CentOS7中使用命令进行配置，而不直接去修改配置文件了。grub.cfg配置文件开头注释部分说明了由/etc/grub.d/目录下文件和/etc/default/grub文件组成。改好配置后都需要使用命令grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg，将配置文件重新生成。

第三步：内部引导阶段

这一步与CentOS6也差不多，加载驱动，切换到真正的根文件系统，唯一不同的是执行的初始化程序变成了/usr/lib/systemd/systemd。

第四步：init初始化阶段（系统初始化阶段）

CentOS7中我们的初始化进程变为了systemd。执行默认target配置文件/etc/systemd/system/default.target（这是一个软链接，与默认运行级别有关）。然后执行sysinit.target来初始化系统和basic.target来准备操作系统。接着启动multi-user.target下的本机与服务器服务，并检查/etc/rc.d/rc.local文件是否有用户自定义脚本需要启动。最后执行multi-user下的getty.target及登录服务，检查default.target是否有其他的服务需要启动。

注意：/etc/systemd/system/default.target指向了/lib/systemd/system/目录下的graphical.target或multiuser.target。而graphical.target依赖multiuser.target，multiuser.target依赖basic.target，basic.target依赖sysinit.target，所以倒过来执行。

unit对象：unit表示不同类型的systemd对象，通过配置文件进行标识和配置；文件中主要包含了系统服务、监听socket、保存的系统快照以及其他与init相关的信息。（也就是CentOS6中的服务器启动脚本）

第五步：启动终端

systemd执行sysinit.target
systemd启动multi-user.target下的本机与服务器服务
systemd执行multi-user.target下面的/etc/rc.d/rc.local
Systemd执行multi-user.target下的getty.target及登录服务
getty.target是启动终端的systemd对象。如果到此步骤，系统没有指定启动图形桌面，到此就可以结束了，如果需要启动图形界面，要在此基础上启动桌面程序。

从 CentOS 7 版本之后，系统开始用 systemd 实现init进程，系统启动和服务器守护进程管理器功能，负责在系统启动或运行时，激活系统资源，服务器进程和其它进程。

unit表示不同类型的systemd对象，通过配置文件进行标识和配置；文件中主要包含了系统服务、监听socket、保存的系统快照以及其它与init相关的信息。

3.2 system unit文件格式

/usr/lib/systemd/system：发行版打包者使用，每个服务最主要的启动脚本设置，类似于之前的/etc/init.d/

/etc/systemd/system：系统管理员和用户使用，管理员建立的执行脚本，类似于/etc/rcN.d/Sxx的功能，比上面目录优先运行

/lib/systemd/system:：ubutun的对应目录

/run/systemd/system：系统执行过程中所产生的服务脚本，比上面目录优先运行

unit 格式说明：

service unit file文件通常由三部分组成：

Unit段的常用选项：

Service段的常用选项：

Install段的常用选项：

注意：对于新创建的unit文件，或者修改了的unit文件，要通知systemd重载此配置文件,而后可以选择重启。

首先在启动界面按e编辑启动参数,

将ro参数更改为rw init=/sysroot/bin/sh，按ctr + x启动系统

按下图执行命令更改root密码

⑷ Linux（ bootloader）启动操作系统过程

Linux Booting Process:
(1) BIOS
功能：执行计算机系统完整性检测；通电自检；搜索/加载/执行 boot loader程序。
一旦 boot loader 程序被探测到，并且加载到内存，BIOS会把控制权交给它。
(2) MBR
MBR位于引导盘（Bootable Disk）的第一个扇区（512B）。
通常是在 /dev/sda 或者 /dev/hda 。

注意：引导盘（bootable disk）和引导分区（bootable partition）的区别。

(3) GRUB
GRUB = Grand Unified Bootloader

如果在系统中安装有多个内核镜像，你可以选择某一个被执行。
GRUB展示了一个启动画面，等待几秒，如果你不输入任何字符，它将会按照grub配置文件的规定加载默认的内核镜像。

Grub配置文件在: /boot/grub/grub.conf
它包含了内核和initrd.img

(4) Kernal
(注意Kernal和kernel不一样)

Kernal按照grub.conf文件的规定，挂载根文件系统。
一旦kernal启动，它第一件事情就是执行：sbin/init 进程。

initrd是被kernel用做临时根文件系统，直到Kernal挂载了根文件系统。

(5) INIT（Initilization）

根据 /etc/inittab 文件决定Linux运行层级，运行级别决定了哪个初始化程序（Initial Programs）被加载到启动项。

(6) Run Level

根据你的运行级别的设定，操作系统会执行下来对应的文件夹下的程序：

Linux的7个运行级别（Run levels）:

标准的Linux运行级别为3或者5，如果是3的话，系统就在多用户状态；如果是5的话，则是运行着XWindow系统。不同的运行级别有着不同的用处，也应该根据自己的不同清晰来设置。例如，如果丢失了root口令，那么可以让机器启动进入单用户模式来设置。

如果是使用S（Start）开头的程序，那么是用在启动的时候，
如果是使用K（Kill）开头的程序，那么是用在关机的时候。

⑸ Linux 基本桌面启动流程

通常，在我们的电脑上，开机后会执行init程序，也就是systemd，systemd会自动启动你的显示戚巧管理器

显示管理器会自动的启动XServer和XClient，server一般就是Xorg。
如果我们没有自启动的登录管理器，就会进到默认的终端登录，答仔者你需要在终清薯端上输入 startx 才能显出窗口管理器。startx是xinit的包装，会启动XServer对应的配置文件 /etc/X11/xinit/xserverrc

X这个程序就是Xorg程序。
startx还会启动XClient对应的配置文件 ~/.xinitrc

这样，你的桌面就显示出来了，dwm主要会调用xlib的接口，其它桌面则调用更多像Qt、Gtk这样的接口实现

Arch安装文档已经很全面了，在UbuntuServer上安装图形化界面也类似。

vim ~/.xinitrc