X86平台系统启动流程（Blog 9）

适用环境：MBR类的X86PC兼容架构；不适用于其它架构或UEFI的PC架构；

系统组成：

内核功能
文件系统、进程管理、网络协议栈、内存管理、驱动、安全加密
内核功能实现通过内核模块；装载模块就有此功能，不装载就没有此功能；

内核特点
支持模块化
支持动态装载或卸载
使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问

操作系统的组成

运行中的内核
Kernel + 根文件系统
内核空间 + 用户空间

从磁盘的视角
内核只是一个静态文件；

如何将一个静态的内核启动起来？
启动：将内核加载至内存中，运行起来；
没有那么契机，没有唐僧揭去压猴石条，猴子是蹦不出来的；

内核通过根文件系统的驱动关联根文件系统；文件系统驱动在根上；
内核需要自带驱动：
如果是自己使用：仅编译进一个硬盘的驱动；

如果是所有人都使用这个内核：就要将所有的硬盘的驱动全部编译进内核；缺点：内核体积大。
为了解决这个问题：通过ramdisk一个临时的根文件系统，仅有当前系统独有的驱动，在操作系统安装后动态生成；

注意：ramdisk并非是必须的，完全可以将驱动编译进内核供自己使用；

内核的组成：
内核文件: /boot/vmlinuz-VERION-release
根文件系统: 遵循FHS层级结构标准，内核启动后关联的分区；有bin, sbin, lib, lib64, etc, proc, sys, var, usr等目录
内核模块：/lib/modules/VERSION-release/ 目录下有各种驱动，为实现内核功能，例如：文件系统模块；网络协议栈；安全加密；内核管理；等；
磁盘映像：/boot/initrd-VERSION-release.img 或 /boot/initramfs-VERSION-release.img

ramdisk：基于内存中的磁盘映像
CentOS5: initrd
CentOS6,7: initramfs

区别：
initrd: 基于内存中的磁盘映像
initramfs: 基于内存中的文件系统

内核特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问
所有initrd本身在内存中，仍需要缓冲一次；
initramfs：本身是文件系统不需要再缓冲；

完整的系统启动流程
内核空间 –> 用户空间

LILO启动次序：POST –> bootloader –> kernel(ramdisk) –> init(/etc/inittab)
GRUB启动次序：POST –> bootloader(1st) –> grub(2nd) –> kernel(ramdisk) –> init(/etc/inittab)

POST（Power On SafeTesting）
ROM芯片中COMS提供的BIOS指令完成加电自检；
内核运行在硬件之上，硬件是提供计算能力的最基础的保证；

Boot Seqence
BIOS从启动次序中查找第一个可引导设备(MBR)，即为本次要启动的设备

Bootloader
MBR前446Bytes是Bootloader；
Bootloader功能：提供一个菜单,允许用户选择要启动的系统或不同内核版本；把用户选定的内核装载到RAM中的特定空间中,解压、展开，而后把系统控制权移交给内核；
安装在U盘、光盘、硬盘中第0磁盘的第0扇区

MBR组成：
446Bytes: bootloader
64Bytes: fat
4Bytes: 磁盘有效标识

Bootloader分类：
Windows：ntloader
Linux:
LILO: 用446Bytes(ASCII码；一个1Bytes对应一个字符)写bootloader程序是极困难的；
GRUB: 通过驱动完成加载磁盘，实现更多的功能；
GRUB 0.x: grub legacy
GRUB 1.x：grub2

Kernel
被加载至内存的内存，自解压展开；内核初始化，即内核空间；
内核初始化：
(1) 探测可识别的所有硬件设备；
(2) 加载硬件驱动程序；有可能借助于ramdisk加载驱动；
(3) 以只读方式挂载根文件系统；
(4) 运行用户空间的第一个程序/sbin/init
注意：加载init后，内核只会参与发生中断后运行内核空间代码的过程

init(/etc/inittab文件)
init被创建，即用户空间；人间的一切事务均由其代理完成；
设定默认运行级别
初始化
(1) 主机名
(2) 欢迎信息
(3) 激活udev和selinux
(4) 挂载/etc/fstab中定义的所有文件系统
(5) 检测根文件系统,重新挂载根
(6) 设备系统时间
(7) 根据/etc/sysctl.conf设置内核参数
(8) 激活lvm及软RAID
(9) 激活swap设备
(10) 加载额外驱动
(11) 清理临时文件，初始化过程中生成的临时文件；
关闭和启动服务
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