Bootloader(引导程序),硬件启动

2019-12-01 13:42 来源:未知

Linux 开机启动流程

  • BIOS(Basic Input Output System)是 PC 机启动时加载的第一个软件。其实,它是一组固化到计算机主板上一个芯片上的程序,它保存着计算机最重要的输入输出程序、开机后自检程序和系统自启动程序,它可以从 CMOS 中读写系统设置的具体信息

一、系统启动流程

一般来说,Linux 系统的启动流程是这样的:

  1. 开机之后,位于计算机主板 ROM 芯片上的 BIOS 被最先读取,在进行硬件和内存的校验以及 CPU 的自检没有异常后, BIOS 将被加载到内存中。

  2. BIOS 按照其设置的设备启动顺序,依次尝试加载含有 MBR 信息的可启动设备(一般是硬盘,可设置),然后将控制权交给 MBR 中的 Bootloader(引导程序)。

  3. Linux 中使用 GRUB(多操作系统引导程序)作为 Bootloader。GRUB 可以识别(根)文件系统并加载 Kernel(内核),同时将系统的控制权交给 Kernel。

  4. Kernel 极其精简,加载过程中也可能会加载一些必要的模块打包文件。

  5. 随同 Kernel 一起加载的还有 init(/sbin/init)进程,是 Linux 启动的第一个进程,它负责加载文件系统并根据运行级别启动(重启)和关闭相应服务,最后初始化字符终端和/或启动图形终端,等待用户登录。

至此,系统启动完成。

 

硬件启动

  • 1)Power On --》BIOS 进行硬件检查(CPU、内存、主板、硬盘等)
  • 2)BIOS 根据计算机设置的启动顺序(是从光驱还是从硬盘启动等),查找启动介质
  • 3)如果是从硬盘启动,BIOS 读取硬盘的 MBR(硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区)
MBR 大小512字节,分为三个部分
   主引导程序:446字节    这个主引导程序可能是 grub,也可能是 lilo(过老,基本不使用)
   硬盘分区表 DPT:64字节,每个分区要占用16个字节
   分区结束标记也叫硬盘有效标志:2字节,固定为 55AA

二、流程详解

GRUB 引导

  • 4)读取 stage1,然后读取 stage1_5 加载 /boot对应的文件驱动,就可以读取 /boot/grub/stage2
  • GRUB 引导程序由三块组成
stage1:MBR 区前 446 字节
stage1_5:加载驱动    /boot 分区所对应的系统驱动被写到 2~63 扇区,MBR 当中会有地址指向这些扇区
stage2:在文件系统里面    /boot/grub/stage2

1. BIOS(Basic Input Or Output,基本输入输出系统)

BIOS 是计算机启动后最先被读取的系统,在硬件和内存的校验以及 CPU 的自检通过、没有异常后,BIOS 将被加载到内存里。BIOS 主要存储了设备(一般是硬盘,可在 BIOS 界面设置)的启动顺序,BIOS 依次尝试加载含有 MBR 信息的可启动设备,找到后将控制权交给 MBR 中的 Bootloader。

 

内核引导

  • 5)stage2 通过 /boot/grub/grub.conf配置文件来加载 Linux 内核和 Linux 映像
  • 内核和映像在 /boot
[root@tina grub]# cat grub.conf 
# grub.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE:  You have a /boot partition.  This means that
#          all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
#          root (hd0,0)
#          kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda3
#          initrd /initrd-[generic-]version.img
#boot=/dev/sda
default=0    // 使用第一个 title
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz   
hiddenmenu    // 隐藏菜单,按任意键显示菜单
title Red Hat Enterprise Linux (2.6.32-431.el6.x86_64)
    root (hd0,0)
    kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=e35bcb79-1fce-49cf-913f-b902006ae751 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
    initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img

2. MBR(Master Boot Record,主引导记录)

MBR 在磁盘上的第一个扇区(1 扇区占 512 字节),它的前 446 字节是 Bootloader(引导程序),后 4 个 16 字节是最多 4 个主分区信息,最后 2 字节 55 AA 是启动标识。

Linux 中使用 GRUB 作为 Bootloader。

 

init 引导

  • 6)系统初始化阶段
  • 系统的第一个进程:init 进程,该进程是系统所有进程的父进程
  • init 进程读取配置文件 /etc/inittab,该文件最主要的作用就是设定 Linux 的运行级别
  • init 进程执行 /etc/rc.d/rc.sysinit脚本对系统进行初始化
  • /etc/rc.d/rcX.d:X 表示运行级别,根据不同的启动级别执行不同目录内的以 S 开头的脚本
  • /etc/rc.d/rc.local 是在一切初始化工作完成后,Linux 留给用户自定义的地方

  • /etc/rc.d/rc3.d目录为例,该目录下存放一系列的链接文件,链接到/etc/rc.d/init.d/目录下的脚本文件,开机时执行以 S 开头的脚本,关机时执行以 K 开头的脚本

  • 在字母S或K 后面会跟着两位数字,数值小的在数值大的前面执行
[root@localhost rc3.d]# ll
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul  4  2016 K01smartd -> ../init.d/smartd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul  4  2016 K02oddjobd -> ../init.d/oddjobd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul  4  2016 K05wdaemon -> ../init.d/wdaemon
......
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul  4  2016 S01sysstat -> ../init.d/sysstat
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Jul  4  2016 S02lvm2-monitor -> ../init.d/lvm2-monitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul  4  2016 S08ip6tables -> ../init.d/ip6tables
  • 7)执行 /sbin/mingetty脚本开启 TTY
  • 8)字符界面登录:
  • 用户登录时需要用户名和密码,需要访问/etc/passwd/etc/shadow文件
  • 如果用户名和密码错误,则拒绝登录
  • 如果用户名和密码正确可以登录成功,会执行 4 个脚本
/etc/profile
~/.bash_profile
~/.bashrc
/etc/bashrc
  • 9)图形界面登录:执行 /etc/X11/prefdm脚本启动图形界面,其他的和字符界面登录一样
gdm:进入 Gnome 桌面
kdm:进入 KDE 桌面
xdm:启动 X Window

3. GRUB(GRand Unified Bootloader,多操作系统引导程序)

GRUB 是现在 Linux 使用的主流引导程序,可以用来引导现在几乎所有的操作系统。

GRUB 是模块化的,运行时会经历如下阶段:

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(1)stage1:stage 1 大小 512 字节(和 MBR 一样大),是 MBR 的备份,MBR 损坏时可以从这里得到一个备份。

(2)*_stage1_5:用于识别多种类型文件系统的文件。CentOS 6 以后的版本默认文件系统是 ext4,会相应地识别 e2fs_stage1_永利平台娱乐,5 文件。识别后,加载文件系统。

(3)stage2:根据 GRUB 配置文件 /boot/grub/grub.conf 的内容来决定如何加载 Kernel。该文件内容一般如下:

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参数详解:

default:默认启动的内核编号,从0开始(每个内核信息由title标识)
timeout:等待用户选择要启动的内核的超时时间,单位为秒
splashimage:使用的背景图片
hiddenmenu:隐藏菜单
title:操作系统或内核的标题
    root:内核所在的分区,(hd0,1)表示第1块磁盘的第1个分区
    (在grub中,设备统统以hd开头,并紧跟一个数字作为各磁盘设备的标记,从0开始编号;分区也是从0开始编号,而我的(hd0,1)是因为我的第0个分区是swap交换分区)
    kernel:要加载的内核文件,后面附带启动参数
    initrd:额外驱动或模块的打包文件,ram disk 或 ram fs 文件(通常是归档压缩文件,以.img为文件名后缀)

 

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