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启动流程

Linux
字数统计: 2.6k阅读时长: 10 min
2021/01/22 Share

引导程序在系统之间的细节有所不同,但大致可以分为几个步骤引导程序在系统之间的细节有所不同,但大致可以分为几个步:
(1):硬件引导
(2):OS引导程序
(3):内核启动
(4):init脚本和inittab
(5):服务启动脚本

硬件引导

上电或硬重置后,将控制权交给存储在只读存储器中的程序(通常是PROM).在PC中,我们称其为BIOS.
该程序对机器进行自检,查找引导设备和扫描启动设备.然后访问引导设备,加载MBR,加载os引导程序并将控制权转移给os引导程序.

os引导程序

pc中,os引导程序位于引导设备的第一个扇区中-MBR(主启动记录).里面除分区表外的剩余空间为主引导程序的代码.在大多数系统中,主引导程序非常受限制.PC MBR(主引导扇区)的大小限制(包括分区表在内共512字节)使得os不能将完整的os加载程序放入mbr.
在Linux中，操作系统引导程序通常为lilo或grub。
引导程序在系统之间的细节有所不同,但大致可以分为几个步骤引导程序在系统之间的细节有所不同,但大致可以分为几个步:
(1):硬件引导
(2):OS引导程序
(3):内核启动
(4):init脚本和inittab
(5):服务启动脚本

硬件引导

上电或硬重置后,将控制权交给存储在只读存储器中的程序(通常是PROM).在PC中,我们称其为BIOS.
该程序对机器进行自检,查找引导设备和扫描启动设备.然后访问引导设备,加载MBR,加载os引导程序并将控制权转移给os引导程序.

os引导程序

pc中,os引导程序位于引导设备的第一个扇区中-MBR(主启动记录).里面除分区表外的剩余空间为主引导程序的代码.在大多数系统中,主引导程序非常受限制.PC MBR(主引导扇区)的大小限制(包括分区表在内共512字节)使得os不能将完整的os加载程序放入mbr.
在Linux中，操作系统引导程序通常为lilo或grub。
grub.png
因此大多数os将主引导程序称为辅助OS引导程序.它们都可以作为辅助加载器安装(MBR指向os引导程序的启动地址)，或者作为两部分引导程序启动,加载内核.内核先自解压,从zImage,uImage等格式解压为vmlinux.

内核启动

加载内核后,它将通过驱动程序初始化设备,启动kswapd进程并挂在根文件目录(/)
这些行为可能会改变一些影响内核的参数(例如:你可以覆盖默认的根文件系统).
只有这样内核才能创建第一个（用户态）进程，它的pid为1.该进程执行程序/ sbin / init，并传递未被处理的所有内核参数。在kernel的linux/init/main.c中,start_kernel进行了kernel的相关初始化

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asmlinkage __visible void __init start_kernel(void) //here 
{
	...
	smp_setup_processor_id(); //smp相关
	debug_objects_early_init();
	...
	early_boot_irqs_disabled = true; //关闭中断请求,防止初始化被打断
	boot_cpu_init();
	page_address_init();               //页地址初始化
	pr_notice("%s", linux_banner);     //显示内核信息
	early_security_init();
	setup_arch(&command_line);
	setup_boot_config(command_line);
	setup_command_line(command_line);
	setup_nr_cpu_ids();
	setup_per_cpu_areas();
	smp_prepare_boot_cpu();	/* arch-specific boot-cpu hooks */
	boot_cpu_hotplug_init();
	build_all_zonelists(NULL);
	page_alloc_init();                //页alloc初始化
	setup_log_buf(0);
	vfs_caches_init_early();
	sort_main_extable();
	trap_init();
	mm_init();
	sched_init(); //init调度器
	preempt_disable(); //停止中断
	if (WARN(!irqs_disabled(),
		 "Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n"))
		local_irq_disable();
	radix_tree_init();
	housekeeping_init();
	workqueue_init_early();

	rcu_init();
   console_init(); //初始化console,可以使用printfk打印了
	/* Trace events are available after this */
	trace_init();

	if (initcall_debug)
		initcall_debug_enable();

	context_tracking_init();
	/* init some links before init_ISA_irqs() */
	early_irq_init();
	init_IRQ();
	tick_init();
	rcu_init_nohz();
	init_timers();
	hrtimers_init();
	softirq_init();
	timekeeping_init();
	rand_initialize();
	add_latent_entropy();
	add_device_randomness(command_line, strlen(command_line));
	boot_init_stack_canary();  //canary保护init
	...//省略大片init,主要是设备和控制程序的初始化

	arch_call_rest_init();//最后调用rest_init()
}

关于rest_init:

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void __init __weak arch_call_rest_init(void){rest_init();}

noinline void __ref rest_init(void)
{
	...
	pid = kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); //执行/sbin/init,生成pid1
	...
	pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
	...
	system_state = SYSTEM_SCHEDULING;

	complete(&kthreadd_done);

	/*
	 * The boot idle thread must execute schedule()
	 * at least once to get things moving:
	 */
	schedule_preempt_disabled();
	/* Call into cpu_idle with preempt disabled */
	cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}

init脚本和inittab

init进程是所有进程的父进程,init进程繁衍出完成通常操作所需的子进程.init依赖/etc/rc.d/rc.sysinit这个脚本对系统进行初始化。而/etc/rc.d/rc.sysinit的作用主要是:
1，激活udev和selinux
2，根据/etc/sysctl.conf文件设定内核参数
3，设定系统时钟
4，键盘的键映射，即识别键盘
5，启用swap分区
6，设定主机名
7，根文件系统检测及重新以读写方式挂载
8，激活RAID和LVM设备
9，启用磁盘配额
10，检测及挂载其他文件系统（挂载/etc/fstab中定义的设备）
11，清除过期的锁和PID文件
inittab是init的配置文件.init启动时会读取/etc/inittab以获取更多参数,该文件定义了应在不同运行级别下运行的文件,根据里面的配置来启动服务

服务启动脚本

服务启动脚本分为两种:

  1. 用户自定义的/etc/rc.local:

写在这里的程序将会在执行完level3启动服务后执行它们无需登录,在开机后自动执行.也无需再用符号链接链接到rc3.d.
常用方法:静态路由的设置,服务器服务的启动

  1. 系统自启动脚本/etc/init.d:
    每个被系统管理的服务都有一个启动脚本在特定目录(/etc/init.d).命令service和systemd就是使用这些脚本来管理服务.
    ![]
    /etc/rc[0-6S].d中有每个脚本的符号链接,在inittab中调用.这些文件夹代表不同的优先级.

rc[0-6S].d会在用户登陆之前读取，这个文件中写入了什么命令，在每次系统启动时都会执行一次。

主脚本通过排序目录中的链接调用服务脚本.名称以”S”开头的所有链接都将使用参数”start”来调用,以”K”开头的名称将以”stop”来调用.
因此大多数os将主引导程序称为辅助OS引导程序.它们都可以作为辅助加载器安装(MBR指向os引导程序的启动地址)，或者作为两部分引导程序启动,加载内核.内核先自解压,从zImage,uImage等格式解压为vmlinux.

内核启动

加载内核后,它将通过驱动程序初始化设备,启动kswapd进程并挂在根文件目录(/)
这些行为可能会改变一些影响内核的参数(例如:你可以覆盖默认的根文件系统).
只有这样内核才能创建第一个（用户态）进程，它的pid为1.该进程执行程序/ sbin / init，并传递未被处理的所有内核参数。在kernel的linux/init/main.c中,start_kernel进行了kernel的相关初始化

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	smp_setup_processor_id(); //smp相关
	debug_objects_early_init();
	...
	early_boot_irqs_disabled = true; //关闭中断请求,防止初始化被打断
	boot_cpu_init();
	page_address_init();               //页地址初始化
	pr_notice("%s", linux_banner);     //显示内核信息
	early_security_init();
	setup_arch(&command_line);
	setup_boot_config(command_line);
	setup_command_line(command_line);
	setup_nr_cpu_ids();
	setup_per_cpu_areas();
	smp_prepare_boot_cpu();	/* arch-specific boot-cpu hooks */
	boot_cpu_hotplug_init();
	build_all_zonelists(NULL);
	page_alloc_init();                //页alloc初始化
	setup_log_buf(0);
	vfs_caches_init_early();
	sort_main_extable();
	trap_init();
	mm_init();
	sched_init(); //init调度器
	preempt_disable(); //停止中断
	if (WARN(!irqs_disabled(),
		 "Interrupts were enabled *very* early, fixing it\n"))
		local_irq_disable();
	radix_tree_init();
	housekeeping_init();
	workqueue_init_early();

	rcu_init();
   console_init(); //初始化console,可以使用printfk打印了
	/* Trace events are available after this */
	trace_init();

	if (initcall_debug)
		initcall_debug_enable();

	context_tracking_init();
	/* init some links before init_ISA_irqs() */
	early_irq_init();
	init_IRQ();
	tick_init();
	rcu_init_nohz();
	init_timers();
	hrtimers_init();
	softirq_init();
	timekeeping_init();
	rand_initialize();
	add_latent_entropy();
	add_device_randomness(command_line, strlen(command_line));
	boot_init_stack_canary();  //canary保护init
	...//省略大片init,主要是设备和控制程序的初始化

	arch_call_rest_init();//最后调用rest_init()
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关于rest_init:

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void __init __weak arch_call_rest_init(void){rest_init();}

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	pid = kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); //执行/sbin/init,生成pid1
	...
	pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);
	...
	system_state = SYSTEM_SCHEDULING;

	complete(&kthreadd_done);

	/*
	 * The boot idle thread must execute schedule()
	 * at least once to get things moving:
	 */
	schedule_preempt_disabled();
	/* Call into cpu_idle with preempt disabled */
	cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE);
}

init脚本和inittab

init进程是所有进程的父进程,init进程繁衍出完成通常操作所需的子进程.init依赖/etc/rc.d/rc.sysinit这个脚本对系统进行初始化。而/etc/rc.d/rc.sysinit的作用主要是:
1，激活udev和selinux
2，根据/etc/sysctl.conf文件设定内核参数
3，设定系统时钟
4，键盘的键映射，即识别键盘
5，启用swap分区
6，设定主机名
7，根文件系统检测及重新以读写方式挂载
8，激活RAID和LVM设备
9，启用磁盘配额
10，检测及挂载其他文件系统（挂载/etc/fstab中定义的设备）
11，清除过期的锁和PID文件
inittab是init的配置文件.init启动时会读取/etc/inittab以获取更多参数,该文件定义了应在不同运行级别下运行的文件,根据里面的配置来启动服务

服务启动脚本

服务启动有四种方式,其中脚本分为两种:

  1. 用户自定义的service:/etc/rc.local:

写在这里的程序将会在执行完level3启动服务后执行它们无需登录,在开机后自动执行.也无需再用符号链接链接到rc3.d.
常用方法:静态路由的设置,服务器服务的启动

  1. 系统自启动脚本upstart:/etc/init.d:
    每个被系统管理的服务都有一个启动脚本在特定目录(/etc/init.d).命令service和systemd就是使用这些脚本来管理服务.
    init.d
    /etc/rc[0-6S].d中有每个脚本的符号链接,在inittab中调用.这些文件夹代表不同的优先级.

rc[0-6S].d会在用户登陆之前读取，这个文件中写入了什么命令，在每次系统启动时都会执行一次。

主脚本通过排序目录中的链接调用服务脚本.名称以”S”开头的所有链接都将使用参数”start”来调用,以”K”开头的名称将以”stop”来调用.

  1. cron:由corntab管理
  2. startup:
    配置文件在/etc/xdg/autostart，以及~/.config/autostart

review

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原文作者：Yk2eR0

原文链接：https://www.yk2er0.fun/2021/01/22/qdlc/

发表日期：一月 22日 2021, 9:55:23 上午

更新日期：March 25th 2021, 11:40:45 am

版权声明：非商业用允许转载

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