在描述linux系統啟動過程之前，我們需要先來看看linux在啟動之後，實體記憶體的布局情況，我們可以通過檢視檔案/proc/iomen獲得詳細的實體記憶體布局圖，在我的系統中，/proc/iomen檔案内容如下：
linux實體記憶體布局
很多人在用cat或者vi檢視這個檔案的時候，發現前面的位址值都是清一色的0，不知道為什麼？是時候展現真正的技術了，隻需要在cat或者vi前面加上sudo就好了，沒有點特殊權限是不會讓你看的。另外，上面這張圖是在32位系統上的布局圖。如果你想深入研究linux的核心原理，建議在32位系統上，這樣在檢視記憶體布局方面比較友善。如果隻是“使用”linux，可以直接用64位的。
在0.12版本核心中，由于核心小于640kb，是以被加載到0-640k空間内。而我們在上圖中看到，核心是從1M開始的記憶體區域開始加載的。這是因為，在後來版本的linux核心大小超過了640kb，如果加載到從4kb開始的640kb空間裡，就會占用後面顯示緩沖區和各種ROM區域，該部分區域是由系統保留的，用于映射系統BIOS和顯示卡ROM。而核心必須被裝載到一個連續的記憶體區中，是以隻能從1M開始的位置進行加載。這裡注意BIOS ROM和顯示卡ROM是和記憶體RAM統一編址的。
首先，在我們啟動電源的那一刻，cpu首先跳轉到記憶體0xFFFFFF0處讀取指令并執行，該位址位置正是BIOS ROM的映射區，存放的是BIOS的代碼。系統執行BIOS用于各個硬體子系統的自檢和初始化。
執行完BIOS後，我們的硬碟等裝置都已經處于可用狀态了，系統就會去讀取第一個可啟動裝置(通常就是硬碟)的第一個扇區，也就是我們經常說的MBR,這裡存放的就是用于加載核心的bootloader，現在基本都是grub了。grub會将我們的linux核心加載到記憶體中，那麼grub是從哪裡加載linux核心的呢？當然是從硬碟加載到記憶體了。我們的linux核心映像檔案就放在硬碟/boot分區裡。在我的系統中，/boot目錄如下:
boot目錄
其中vmlinuz-4.15.0-20-generic這個檔案就是grub将會加載到記憶體中的linux核心映像檔案了，這裡采用的是壓縮的形式存放的，是以加載到記憶體中還需要解壓縮。而grub目錄中存放的是grub的配置檔案，grub被加載到記憶體中，首先會讀取該目錄中的配置檔案，是以如果你想對grub進行配置，就可以在這個目錄裡修改配置檔案。注意，該目錄中存放的是配置檔案，并不是grub的可執行代碼檔案，grub的可執行代碼我們剛才已經說了，是存放在硬碟的第一個扇區中，這個是在安裝系統的時候寫入該扇區的。
在該目錄中，值得關注的還有一個initrd.img-4.15.0-20-generic檔案，這個檔案是用來做什麼的呢？我們知道，核心在啟動的過程中，要先挂載根目錄，挂載根目錄肯定要能識别硬碟，而識别硬碟需要硬碟裝置驅動程式，而我們的linux為了減少自己的體積，并不會将裝置驅動程式編譯到自己的核心映像中，而是将大部分裝置驅動程式編譯成單獨的子產品，動态的加載裝置驅動程式。子產品檔案一般都放置在/lib/moduls/目錄下。這時候就出現了一個問題了，linux要挂載硬碟，首先需要能識别硬碟，需要硬碟裝置驅動程式，而裝置驅動程式又在硬碟的/lib/moduls/目錄下，而此時硬碟還沒有挂載，就無法取得該目錄，無法取得該目錄就沒法加載裝置驅動程式，沒有裝置驅動程式，就無法加載硬碟，好像陷入了無法解決的死循環。Linux核心的開發者們，當然不允許這種互相踢皮球的現象存在，于是想出了一個辦法，那就是虛拟檔案系統RAM disk，也就是我們看到的這個檔案initrd.img-4.15.0-20-generic，該檔案也會在系統啟動的過程中由boot loader(grub)加載，加載到記憶體中解壓縮後，會臨時充當linux的根檔案系統，該檔案系統中存放了linux所需裝置的驅動程式。我們可以檢視該檔案的内容，就是一個比較完整的跟檔案系統。具體的檢視方式，這裡就不詳細闡述了。
/boot目錄下還有幾個檔案，config是核心在編譯階段的一些配置選項，system.map為系統的符号在虛拟位址空間的位址。
到這裡我們的核心就加載到記憶體中了，并開始執行，核心會在執行一系列的初始化操作後，變成0号idle程序，0号程序會啟動一個叫kthreadd的核心守護線程，由該線程啟動一系列的核心線程，最後0号程序會啟動我們的第一個使用者層程序init，目前大部分發行版的init程序執行的是systemd了。我們用ps -ef可以檢視系統中啟動的程序，在我的系統中執行ps -ef指令如下：
ps -ef
其中COMMAND列中帶中括号的就是系統的核心線程，剩下的就是系統啟動的使用者層程序。其實他們本質上都是一樣的，都是linux程序，隻是一個是在核心空間執行，另一個是在使用者空間執行的。通過pid和ppid我們也能看出，所有核心守護線程都是由kthreadd啟動的，而kthreadd的父程序id号是0。而我們看到pid号為1的程序就是我們的init程序，他同樣也是由0号程序啟動的。通過COMMAND列我們看到init程序啟動的是/sbin/init這個可執行檔案，通過ls -al發現，該檔案正是systemd的連結，是以我們的init程序其實就是systemd了。
systemd正是使用者空間所有程序的父程序了，所有的使用者空進程序都是由他來啟動的，我們也可以通過pstree指令直覺的看到系統中程序的父子關系：
pstree
我們通過pstree發現系統中所有的程序都是由systemd啟動的，由于我是通過ssh遠端登入的linux，是以也可以看到bash是由sshd啟動的，這個也就是我在前幾篇文章重點讨論的shell了。
再往下就是systemd的啟動過程了，我不打算在這篇文章中詳細讨論了，我會在下一篇嘗試探讨systemd的啟動過程。為什麼說用嘗試探讨，因為我發現，很多東西，懂了跟寫出來是完全不一樣的，就像這篇文章，一開始我以為寫個啟動過程會很容易，但是寫着寫着就會發現，内容實在是太龐大了，很多東西即使弄懂了，但是把它寫出來好像也沒有那麼容易，是以隻能說嘗試了。
結合上一篇文章《linux shell環境配置檔案》，到這裡，基本上把linux啟動過程的方面方面都涉及到了，但是不可能在一篇文章中讨論所有的細節。比如linux核心的啟動過程，隻是幾句話帶過了。本文權當是給各位抛磚引玉了。