引言
某出租房內，某台電腦的電源鍵被按下，於是開啟了一段Linux啟動之旅...
BIOS
系統啟動，首先進入BIOS。
● BIOS 為 Base Input/Output System(基本輸入輸出系統）的簡寫
● 其執行POST(Power on self test，上電自檢），在發現問題時發出告警聲
● 在啟動設備(cd-rom，網絡，硬盤等)中搜尋boot loader
● 將boot loader stage1程序加載進內存，並執行
● 之后BIOS將“控制權”交給boot loader stage1
MBR
一般情況下，系統從硬盤啟動，硬盤中存放boot loader stage1程序的扇區被稱為MBR。
● MBR 為 Master boot record (主引導扇區)的簡稱
● 它是啟動硬盤(/dev/sda)的首個扇區
● 該512字節的扇區用於存放三個部分內容：
1) boot loader stage1程序 446字節
2) 硬盤分區表 64字節
3) 該扇區的有效標示 2字節
我們可以使用dd命令獲取該扇區內容
linux-q62c:/home/lx/test # dd if=/dev/sda1 of=sector bs=512 count=1
1+0 records in
1+0 records out
512 bytes (512 B) copied, 4.9448e-05 s, 10.4 MB/s
然后使用strings命令進行讀取：
linux-q62c:/home/lx/test # strings sector
ZRrK
D|f1
GRUB
Geom
Hard Disk
Read
Error
● boot loader stage1程序被執行之后，我們開始了GRUB之旅
GRUB
GRUB是主流的boot loader，GRUB分成多個階段運行。boot loader stage1是GRUB的第一階段，並不是其完全體。
● stage1的主要工作是加載stage1.5
● stage1.5加載kernel所在盤的文件系統，之后加載stage2
在/boot/grub目錄下，我們可以看到stage1.5階段可加載的文件系統：
linux-q62c:~ # ls /boot/grub/*stage1_5
/boot/grub/e2fs_stage1_5 /boot/grub/minix_stage1_5
/boot/grub/fat_stage1_5 /boot/grub/reiserfs_stage1_5
/boot/grub/ffs_stage1_5 /boot/grub/ufs2_stage1_5
/boot/grub/iso9660_stage1_5 /boot/grub/vstafs_stage1_5
/boot/grub/jfs_stage1_5 /boot/grub/xfs_stage1_5
● 根據/boot/grub/menu.lst配置文件，stage2階段顯示可進入的系統列表
default 0
timeout 8
gfxmenu (hd0,0)/boot/message
title SUSE Linux Enterprise Desktop 11 SP1 - 2.6.32.12-0.7
root (hd0,0)
kernel /boot/vmlinuz-2.6.32.12-0.7-default root=/dev/disk/by-id/ata-Hitachi_HTS541616J9SA00_SB3441GRHSXZDE-part1 resume=/dev/disk/by-id/ata-Hitachi_HTS541616J9SA00_SB3441GRHSXZDE-part5 splash=silent showopts
initrd /boot/initrd-2.6.32.12-0.7-default
以上menu.lst文件中，列出了kernel和initrd鏡像的路徑
● GRUB的最后一步就是加載kernel和initrd鏡像
Kernel/initrd
接下來kernel鏡像被解壓並執行，kernel完成初始化硬件、進程調度、內存管理等任務。
● kernel對硬件進行再次檢測
● 加載必要的模塊和驅動程序，其他驅動程序和模塊組件(如USB、SATA等設備模塊)由后續initrd提供
因其他模塊由initrd提供，kernel得以成功“瘦身”：
linux-q62c:~ # ll /boot/vmlinuz-2.6.32.12-0.7-default
-rw-r--r-- 1 root root 3231872 May 20 2010 /boot/vmlinuz-2.6.32.12-0.7-default
linux-q62c:~ # ll /boot/initrd-2.6.32.12-0.7-default
-rw-r--r-- 1 root root 5847144 Mar 8 23:47 /boot/initrd-2.6.32.12-0.7-default
● 加載initrd(initial RAM disk，虛擬文件系統)，在內存中展開得到虛擬根分區
此時initrd被展開，真正的磁盤還沒有被掛載，通過以下命令可以手工展開initrd：
linux-q62c:/boot # mkdir initrd.d
linux-q62c:/boot # cd initrd.d/
linux-q62c:/boot/initrd.d # cp ../initrd-2.6.32.12-0.7-default initrd.gz
linux-q62c:/boot/initrd.d # gzip -d initrd.gz
linux-q62c:/boot/initrd.d # cpio -i < initrd
展開initrd后，我們可以看到其內容與真正根目錄所包含的內容大致相同：
linux-q62c:/boot/initrd.d # ls
bin dev lib root tmp
boot etc lib64 run_all.sh usr
bootsplash init mkinitrd.config sbin var
config initrd-2.6.32.12-0.7-default proc sys
● 執行initrd中的init腳本，完成加載模塊、檢查磁盤(fsck)等任務
● 掛載真正的根文件系統，之后執行/sbin/init程序
/sbin/init
/sbin/init是Linux啟動后第一個用戶態下的進程(PID為1)，根據/etc/inittab配置文件，/sbin/init完成系統軟件環境的設定，比如主機名、網絡設定以及其他啟動服務。
● 進行系統初始化
● 根據開機運行級別，啟動相應級別的服務
如下/etc/inittab文件中，默認的運行級別為5：
# The default runlevel is defined here
id:5:initdefault:
l0:0:wait:/etc/init.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/init.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/init.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/init.d/rc 3
#l4:4:wait:/etc/init.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/init.d/rc 6
之后根據該級別，調用/etc/init.d/rc腳本，啟動/etc/init.d/rc5.d/目錄下的服務：
linux-q62c:~ # ll /etc/init.d/rc5.d/
……
lrwxrwxrwx 1 root root 9 Mar 8 23:29 K06syslog -> ../syslog
lrwxrwxrwx 1 root root 14 Mar 8 23:29 K07earlysyslog -> ../earlysyslog
lrwxrwxrwx 1 root root 10 Mar 8 23:29 K07network -> ../network
lrwxrwxrwx 1 root root 21 Mar 8 23:51 K08SuSEfirewall2_init -> ../SuSEfirewall2_init
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar 8 23:29 K08dbus -> ../dbus
lrwxrwxrwx 1 root root 21 Mar 8 23:51 S01SuSEfirewall2_init -> ../SuSEfirewall2_init
lrwxrwxrwx 1 root root 8 Mar 8 23:14 S01acpid -> ../acpid
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Mar 8 23:21 S01dbus -> ../dbus
……
以上所列文件中，以"S"開頭的項為開機時啟動的服務，以"K"開頭的項為關機或重啟時關閉的服務項。
● 根據運行級別，執行相應getty，進入登陸界面
# getty-programs for the normal runlevels
# <id>:<runlevels>:<action>:<process>
# The "id" field MUST be the same as the last
# characters of the device (after "tty").
1:2345:respawn:/sbin/mingetty --noclear tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
至此，系統啟動過程完成，界面提示輸入用戶名和密碼。
小結
Linux啟動過程如下：
BIOS －－－> MBR －－－> GRUB －－－> kernel/initrd －－－> init
在GRUB階段，可以通過命令與系統交互，自行加載kernel和initrd，亦可修改kernel加載參數；
在initrd階段，我們可以加載自定義的initrd文件，使其加載更多模塊，亦可在此階段拉起bash，進行修復文件系統、修改root密碼等工作；
我們還可以修改/etc/inittab等啟動配置文件，自行設定啟動環境、按需要增刪啟動服務項；
⋯⋯
總之，Linux的啟動過程可以被靈活的定制。是否已經躍躍欲試了？嘗試一下吧，Just for fun!
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本文基於Suse11sp1(x86_64)，該發行版可從這里下載。
linux-q62c:~ # cat /etc/SuSE-release;uname -r
SUSE Linux Enterprise Desktop 11 (x86_64)
VERSION = 11
PATCHLEVEL = 1
2.6.32.12-0.7-default
Reference: 6 Stages of Linux Boot Process (Startup Sequence)