CentOS系統啟動流程

CentOS系統啟動流程：（以CentOS 5為例說明）

POST --> Boot Sequence（BIOS） --> Boot Loader(MBR) --> kernel(ramdisk) --> rootfs(readonly) --> switchroot --> /sbin/init(CentOS 5,6,7不同) --> 設定預設運作級别 --> 系統初始化腳本 --> 關閉啟動對應級别下的服務 --> 啟動終端（圖形終端）--> 作業系統啟動完成

系統初始化流程（核心級别）：

1.POST：加電自檢

開機加電後，系統自檢硬體裝置包括cpu、記憶體、硬碟、顯示裝置等，這個過程叫加電自檢POST；一旦通電會

自動讀取ROM有個帶電晶片CMOS程式并運作即按次序查找可引導裝置，第一個有引導程式的裝置即為本次啟動要用到的裝置；引導程式叫bootloader引導加載器。

2.BIOS：第一順序啟動的裝置

ROM中的資訊一旦寫入就不能進行修改，其資訊斷電之後也仍然保留。而CMOS是微機主機闆上的一塊可讀寫的RAM晶片斷電以後儲存在上面的資料會自動消失，需要主機闆電池供電；對CMOS中各項參數的設定要通過專門的程式，現在廠家将CMOS設定程式做到了BIOS晶片中，是以CMOS設定又通常叫做BIOS設定。BIOS（基本輸入輸出系統）也是固化在目前主機ROM晶片中的代碼，實作按次序查找各引導裝置，第一個有引導程式的裝置即為本次啟動要用到的裝置

。

3.Bootloader：引導加載程式啟動核心

bootloader引導程式的功能：

提供一個菜單，允許使用者選擇要啟動的系統或不同的核心版本，把使用者標明多核心裝載到RAM（記憶體）中的特點空間中，解壓、展開，而後把整個系統控制權移交給核心，即完成把核心加載到記憶體空間中。

Bootloader引導加載器是安裝在硬碟或CD光牒甚至是U盤上的程式，系統加電後運作的第一段軟體代碼。Bootloader引導加載程式位于磁盤中的MBR中，每個磁盤或每個磁盤中的分區中都有MBRMBR是磁盤上的第一個扇區又叫做主引導扇區，是計算機開機後通路硬碟時所必須要讀取的首個扇區，分三部分：

MBR：Master Boot Record（主引導記錄）

512bytes：

     446bytes：bootloader（引導程式）

     64bytes：fat（分區表）

     2bytes：55AA（标記MBR有效）

MBR是由分區程式（如Fdisk，Parted）所産生的，它不依賴任何作業系統，而且硬碟引導程式也是可以改變的，進而能夠實作多系統引導。僅僅包含一個64個位元組的硬碟分區表。由于每個分區資訊需要16個位元組，是以對于采用MBR型分區結構的硬碟(其磁盤卷标類型為MS-DOS)，最多隻能識别4個主要分區。是以對于一個采用此種分區結構的硬碟來說，想要得到4個以上的主要分區是不可能的。這裡就需要引出擴充分區，擴充分區也是主分區（Primary partition）的一種，但它與主分區的不同在于理論上可以劃分為無數個邏輯分區，每一個邏輯分區都有一個和MBR結構類似的擴充引導記錄(EBR)。

Linux中有多種引導加載程，常見的有最早的LILO，缺點：LILO無法支援大硬碟，如果核心或加載的系統位于1024柱面以後的分區上，LILO是加載不了，但在安卓手機上應用較廣泛；後來被GRUB取代，GRUB有兩個版本GRUB 0.x（Grub Legacy）和GRUB 1.x（Grub2）兩者從設計理念上完全不同。

Linux中的引導加載程Bootloader有多種實作方式：

    LILO：LIinux LOader

    GRUB：Grand Uniform Bootloader

        GRUB 0.x：Grub Legacy

        GRUB 1.x：Grub2

GRUB（Boot Lloader）：

    bootloader：1st stage

    Partiton：filesystem driver，1.5 stage

    Partition：/boot/grub,2nd stage

Grub Legacy：分三階段

    stage1：存放在MBR上

    stage1_5：存放在MBR之後的扇區，讓stage1中的bootloader能識别stage2所在的分區上的檔案系統；

    stage2：磁盤分區（/boot/grub/）

引導加載程式先讀取MBR上的gurb第一階段，由于MBR很小隻有512位元組采用grub這種方式引導程式，随後讀取扇區中的stage1.5階段，讀取1.5階段以後進而就能驅動第二階段stage2所在的磁盤分區，stage2是存放在磁盤分區上的還包括了核心檔案及ramdisk等都在這個分區上存放的；這就是為什麼通過Bootloader之grub就能夠加載核心檔案的原因。

注意：目前硬體平台，主機闆BIOS必須能識别硬碟，然後BIOS才能加載硬碟中的Bootloader，磁盤中的Bootloader自身加載完以後，就能夠識别目前主機上的硬碟裝置了。

但硬碟裝置能識别，并不代表硬碟上的檔案系統能識别，因為檔案系統是額外附加的一層軟體組織的檔案結構，是以要能夠對接一種檔案系統，必須要用到檔案系統驅動；對應的應用程式必須能識别和了解這樣的檔案系統才可以，這種程式就稱為檔案系統驅動；grub的1.5階段就是給gurb提供了檔案系統驅動的，進而就能夠通路對應的第二階段和核心所在的分區了，這通常是一個基本磁盤分區；是以grub第二階段以及核心和ramdisk檔案通常都會放在一個基本磁盤分區上；因為grub驅動不了邏輯卷這種進階接口。

stage2一般是挂載至/boot/grub/目錄下；grub也有自己的配置檔案：/boot/grub/grub.conf且通常有個符号連結檔案：/etc/grub.conf；

stage2的功用：

第一：提供菜單或互動式接口；

第二：能加載使用者選擇的核心或作業系統；

第三：為菜單通過了保護機制。

4.加載kernel（ramdisk）

通過grub加載到核心後，就在記憶體中解壓并展開就可完成後續操作即核心自身初始化；分為四步：

第一：探測可識别的所有硬體裝置

第二：加載硬體驅動程式；（有可能會借助于randisk加載驅動）

第三：以隻讀方式挂載根檔案系統

第四：運作使用者空間的第一個應用程式：/sbin/init

其中有可能會借助于randisk加載驅動，ramdisk：是基于記憶體的磁盤裝置

如果核心把已知根檔案系統所在的磁盤裝置驅動程式編譯進核心（一般自己編譯核心含此驅動），此時就不需要這個ramdisk，是以發行商提供的安裝系統檔案不可能包含所有驅動在核心中。

這樣，要想加載根檔案系統，就要先加載根檔案系統所在的磁盤裝置驅動，而驅動就在根上是以，就不能依賴于根上的驅動程式來加載根檔案系統；要借助于ramdisk臨時根檔案系統來加載根檔案系統所在的磁盤裝置驅動，進而加載根檔案系統；

ramdisk臨時根檔案系統不是作業系統發行商直接在CD光牒上自帶的，而是在安裝作業系統後臨時生成的，它在安裝作業系統後，能掃描目前主機硬碟裝置的型号，并找到相關驅動做成一個臨時根；是以這個臨時根是為每個使用者安裝過程生成以後動态建立的。

ramdisk臨時根是把記憶體某段空間當做磁盤使用，而Linux核心特性是使用緩沖和緩存來加速對磁盤上的檔案通路，這就是為什麼在centos5上使用ramdisk（initrd），在後來的centos6,7上使用的ramfs的原因，避免了在記憶體中的雙緩沖和雙緩存。

5.挂載根檔案系統

一旦核心借助于ramdisk提供的臨時根完成加載真正的根檔案系統所在的裝置，下一步就裝載根檔案系統，核心會自動把根檔案系統所在的裝置挂載至根上，是以說根是在核心中就是這個原因所在。

6.根切換

在挂載根檔案系統時為了避免核心中有bug或操作過程中有bug導緻根檔案系統被損壞，先隻讀挂載根檔案系統，加載完成後才讀寫挂載，完成整個挂載根檔案系統後，直接去找/sbin/init程式，即開始運作使用者空間的第一個程式。

使用者空間啟動流程

7./sbin/init程式

init程式主要依賴于配置檔案：/etc/inittab，大體分為：設定預設啟動級别 --> 設定系統初始化腳本 --> 啟動對應級别的服務 --> 列印各終端登入界面（如果級别為3處理提供文本登入界面，如果級别為5還提供圖形登入界面）

8. 設定預設運作級别

運作級别：為了系統的運作或維護等目的而設定的機制；

0-6：共7個級别；

    0：關機，shutdown

    1：單使用者模式（single user），root使用者，無須認證，維護模式；

    2：多使用者模式（multi user），會啟動網絡功能，但不會啟動NFS，維護模式；

    3：多使用者模式（multi user），完全功能模式，文本界面；

    4：預留級别：目前無特别使用目的，但習慣以同3級别功能使用；

    5：多使用者模式（multi user），完全功能模式，圖形界面；

    6：重新開機，reboot

即在配置檔案：/etc/inittab定義了很多功能，每一行定義一種操作（action）以及與之對應的process（僅适用于CentOS 5），一行就定義了init要執行的任務，甚至是一堆任務，每一行的文法格式為：

id:runlevels:action:process

id為一個任務的辨別符；

runlevels：在哪些運作級别下啟動此任務；3，2345，也可為空表所有級别；

action：在什麼條件下啟動此任務；

    wait：等待切換至此任務所在的級别時執行一次；

    respawn：一旦此任務終止時，就自動重新開機；

    initdefault：設定預設允許級别；此時process省略為空；

    sysinit：設定系統初始化方式，此處一般為指定/etc/rc.d/rc.sysinit腳本；（CentOS 5,6都用到此腳本，CentOS 7是靠systemd完成的），在CentOS 6中僅保留此配置檔案中設定啟動運作級别的功能。

process：具體任務；通常為應用程式，或腳本，或二進制的程式，取決于自定義。

9.系統初始化腳本

系統初始化腳本：/etc/rc.d/rc.sysinit

（1）設定主機名；

（2）設定歡迎資訊；

（3）激活udev和selinux；

（4）挂載/etc/fstab檔案中定義的所有檔案系統；

（5）檢測根檔案系統，并以讀寫方式重新挂載根檔案系統；

（6）設定系統時鐘；

（7）根據/etc/sysctl.conf檔案來設定核心參數；

（8）激活lvm即軟raid裝置；

（9）激活swap裝置；

（10）加載額外裝置的驅動程式；

（11）清理操作；

注意：在init配置檔案：/etc/inittab中，有一行内容是定義/etc/rc.d/rc.sysinit，此腳本檔案是負責完成系統初始化的腳本檔案。

10.關閉/啟動對應級别下的服務

腳本檔案/etc/rc.d/rc作用為當級别切換時啟動或停止服務；此腳本接受傳遞的參數給腳本中$runlevel變量，然後，讀取/etc/rc$runlevel.d/K*和/etc/rc$runlevel.d/S*所有檔案，這些檔案就是為什麼開機啟動後，有些服務會自動啟動，有些服務沒有啟動的原因。

K*：要停止的服務，K##*，優先級，數字越小，越優先關閉，依賴的服務先關閉，然後再關閉被依賴的。

S*：要啟動的服務，S##*，優先級，數字越小，越是優先啟動，被依賴的服務先啟動，而依賴的服務後啟動。

/etc/rc.d/init.d目錄還有個連結目錄為/etc/init.d目錄，這兩目錄下檔案相同。

11.啟動終端（圖形終端）

 作業系統啟動完成

本文轉自 crystaleone 51CTO部落格，原文連結：http://blog.51cto.com/linsj/1760006，如需轉載請自行聯系原作者