Linux系統啟動初始化的主要流程是：
1.上電BIOS自檢
2.啟動Boot Loader（GRUB）
3.加載內核
4.啟動第一個進程
5.配置環境
一.BIOS 加載啟動引導程序
BIOS （英文： B asic I nput/ O utput S ystem），即 基本輸入輸出系統 ，亦稱為ROM BIOS、System BIOS、PC BIOS，是在通電引導階段運行硬件初始化，以及為 操作系統 提供運行時服務的 固件 。BIOS最早隨着 CP/M 操作系統的推出在1975年出現。BIOS預安裝在 個人電腦 的 主板 上，是 個人電腦 啟動時加載的第一個軟件。
現在，BIOS的作用是初始化和測試 硬件 組件，以及從大容量存儲設備（如硬盤）加載 引導程序 ，並由 引導程序 加載操作系統。BIOS還為 DOS 操作系統提供鍵盤、顯示及其他 I/O 設備的 硬件抽象層 。
許多BIOS程序都只能在特定電腦型號或特定主板型號上運行。早年，BIOS存儲於 ROM 芯片上；現在的BIOS多存儲於 閃存芯片上，這方便了BIOS的更新。
計算機上電之后，CPU就可以執行程序了，但是此時內存中並沒有程序讓CPU執行，因為內存是RAM掉電丟失。而且操作系統也沒有裝上，這個時候就要裝系統了。ROM中就固化了一些計算機剛上電要執行的初始化程序，也就是BIOS（Basic Input and Output System，基本輸入輸出系統） 。簡單地理解 BIOS，它就是固化在主板上一個 ROM（只讀存儲器）芯片上的程序， 主要保存計算機的基本輸入/輸出信息、系統設置信息、開機自檢程和系統自啟動程序，用來為 計算機提供最底層和最直接的硬件設置與控制。
BIOS 的初始化主要完成以下 3 項工作：
- 第一次檢查計算機硬件和外圍設備（第二次自檢由內核完后，后續會講），例如 CPU、內存、風扇燈。當 BIOS 一啟動，就會做一個 自我檢測的工作 ，整個自檢過程也被稱為 POST（Power On Self Test）自檢。
- 如果自檢沒有問題， BIOS 開始對硬件進行初始化 ，並規定當前可啟動設備的先后順序，選擇由那個設備來開機。
- 選擇好開啟設備后， 就會從該設備的 MBR（主引導扇區）中讀取 Boot Loader（啟動引導程序）並執行。啟動引導程序用於引導操作系統啟動，Linux 系統中默認使用的啟動引導程序是 GRUB。
BIOS從MBR中讀取啟動引導程序，加載至RAM中，就可以執行啟動引導程序了。
二.MBR 主引導扇區
MBR是用來存儲啟動引導程序的！！！
MBR 也就是主引導扇區 ，位於硬盤的 0 磁道、0 柱面、1 扇區中，主要記錄了啟動引導程序和磁盤的分區表 ，如圖是MBR的結構： 
MBR大小是一個扇區512Byte， 其中 446 Byte 安裝了啟動引導程序，其后 64 Byte 描述分區表，最后的 2 Byte 是結束標記 。
BIOS從MBR中讀取啟動引導程序，將啟動引導程序加載至RAM中，然后BIOS將控制權交給啟動引導程序。
所以，雖然啟動引導程序是在MBR中的，但是實際上是由BIOS從MBR中將啟動引導程序加載至RAM中運行的！
注意：這里的446Byte中存放的只是啟動引導程序的一個鏡像文件，后面還要通過這個鏡像文件來加載出完整的啟動引導程序！
三.GRUB引導內核
Linux下是通過一個工具Grub2（ Grand Unified Bootloader Version 2 ），這個工具就是專門引導系統啟動的。
GNU GRUB （簡稱“GRUB”）是一個來自 GNU項目 的 啟動引導程序 。GRUB是 多啟動規范 的實現，它允許用戶可以在計算機內同時擁有多個操作系統，並在計算機啟動時選擇希望運行的操作系統。GRUB可用於選擇操作系統分區上的不同 內核 ，也可用於向這些內核傳遞啟動參數。
3.1運行 boot.img
BootLoader，是啟動引導程序， 啟動引導程序的主要任務就是加載操作系統內核 ， 每種操作系統的文件格式不同，因此，每種操作系統的啟動引導程序也不一樣。不同的操作系統只有使用自己的啟動引導程序才能加載自己的內核。這里使用GRUB2作為啟動引導程序。
上面說BIOS將啟動引導程序加載到RAM中執行，但是 實際上啟動引導程序的大小比512Byte要大，所以MBR中的只是一個鏡像文件：boot.img 。我們還得通過MBR中的 boot.img 找到完整的啟動引導程序，從而正式啟動內核。
所以， boot.img 的任務並不是啟動內核，而是加載其他鏡像文件來完成內核的啟動，也可以理解為只有446Byte大小的 boot.img 不足以啟動內核，只能召喚出更加強大厲害的其他鏡像文件來啟動內核。
3.2加載 core.img
這個強大的后援就是： core.img ， core.img 由 lzma_decompress.img、diskboot.img、kernel.img 和一系列的模塊組成，功能比較豐富，能做很多事情。 
boot.img 先加載的是 core.img 的第一個扇區。如果從硬盤啟動的話，這個扇區里面是 diskboot.img，對應的代碼是 diskboot.S。boot.img 將控制權交給 diskboot.img 后，diskboot.img 的任務就是將 core.img 的其他部分加載進來，先是解壓縮程序 lzma_decompress.img，再往下是 kernel.img，最后是各個模塊 module 對應的映像。這里需要注意，它不是 Linux 的內核，而是 grub 的內核。lzma_decompress.img 對應的代碼是 startup_raw.S，本來 kernel.img 是壓縮過的，現在執行的時候，需要解壓縮。
在這之前，我們所有遇到過的程序都非常非常小，完全可以在實模式下運行，但是隨着我們加載的東西越來越大，實模式這 1M 的地址空間實在放不下了， 所以在真正的解壓縮之前，lzma_decompress.img 做了一個重要的決定，就是調用 real_to_prot，切換到保護模式 ，這樣就能在更大的尋址空間里面，加載更多的東西。
3.3切換到保護模式
切換到保護模式需要做以下幾點：
- 啟用分段，在內存中建立段描述符表（和中斷向量表差不多），原來的段寄存器指向現在的段描述符
- 啟動分頁，現在內存大了，需要分頁進行管理
- 打開Gate A20，使用第21根地址控制線
3.4kernel.img 引導內核
這里kernel.img不是Linux的內核，而是GRUB的內核。
kernel.img 對應的代碼是 startup.S 以及一堆 c 文件，在 startup.S 中會調用 grub_main，這是 grub kernel 的主函數，主函數中 grub_load_config() 開始解析，我們上面寫的那個 grub.conf 文件里的配置信息。
當啟動了操作系統后，就要開始調用 grub_menu_execute_entry() ，開始解析並執行你選擇的那一項。
例如里面的 linux16 命令，表示裝載指定的內核文件，並傳遞內核啟動參數。於是 grub_cmd_linux() 函數會被調用，它會首先讀取 Linux 內核鏡像頭部的一些數據結構，放到內存中的數據結構來，進行檢查。如果檢查通過，則會讀取整個 Linux 內核鏡像到內存。
四.內核初始化
上面已經引導了操作系統，也就是引導了內核，接下來就是內核的初始化了。
內核啟動的入口函數從 start_kernel() 開始， 在 init/main.c 文件中，start_kernel 相當於內核的 main 函數。打開這個函數，你會發現，里面是各種各樣初始化函數 XXXX_init .
內核初始化做了以下這些事：
- 創建 0號進程， 這是唯一一個沒有通過 fork 或者 kernel_thread 產生的進程 ，托福閱讀評分標准是進程列表的第一個。
- 初始化中斷， 對應的函數是 trap_init() ，里面設置了很多中斷門（Interrupt Gate），用於處理各種中斷。其中有一個 set_system_intr_gate(IA32_SYSCALL_VECTOR, entry_INT80_32)，這是系統調用的中斷門 。系統調用也是通過發送中斷的方式進行的。
- 初始化內存管理模塊， mm_init()
- 初始化調度模塊， sched_init()
- 初始化基於內存的文件系統rootfs， vfs_caches_init()
- 初始化其他， rest_init()
- 創建用 戶態第一個進程 ：1號進程，用 kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS) 創建1號進程
- 創建內核態第一個進程：2號進程， kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES)
這樣看來，內核初始化靠的是 start_kernel() 函數，初始化主要做三件事：
1.創建樣板進程（也就是0號進程），以及各個模塊的初始化
2.創建用戶態的進程
3.創建內核態的進程
用戶態訪問核心資源時，通過中斷來請求，就是系統調用的統一中斷，流程如下： 
用戶態和內核態進程執行的框圖如下： 
五.系統調用
從上面得知，一般程序運行在用戶態，如果要想使用核心資源，就要進入內核態，就要通過系統調用。
此外，linux的一些驅動程序都是寫在內核中的，當上層應用想要調用驅動的接口時，也要通過系統調用來實現。
但是，直接操作系統調用比較繁瑣，所以一般使用glibc庫對系統調用進行封裝。
64位的系統調用如圖所示： 