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  • Linux 开机流程

    2014-06-24 11:10:16
    Linux 开机流程

    这里以RHEL 6 64bit为例,开机的大致流程;

    1. 加载 BIOS 的硬件信息与进行自我测试,并依据设定取得第一个可开机的装置;
    2. 读取并执行第一个开机装置内 MBR 的 boot Loader (亦即是 grub等程序);
    3. 依据 boot loader 的设定加载 Kernel ,Kernel 会开始侦测硬件与加载驱动程序;
    4. 在硬件驱动成功后,Kernel 会去自动调用 init 程序,而 init 会取得 run-level 信息;
    5. init 执行 /etc/rc.d/rc.sysinit 档案来准备软件执行的作业环境 (如网络、时区等);
    6. init 执行 run-level 的各个服务之启动 (script 脚本);
    7. init 执行 /etc/rc.d/rc.local 档案;
    8. init 执行终端机仿真程序 mingetty 来启动login 程序,最后就等待用户登入啦;

    加载 BIOS 的硬件信息与进行自我测试,并依据设定取得第一个可开机的装置

    开机首先会去加载BIOS(Basic Input Output System),并透过BIOS程序去加载CMOS的信息,并且CMOS内设定的信息取得主机的各项硬件配置。(e.g. CPU与接口的沟通频率),取得了这些信息之后,BIOS还会进行开机自我检测(Power-On Self Test, POST)。然后开始执行硬件侦测的初始化,之后再定义可开机的装置顺序

    读取并执行第一个开机装置内 MBR 的 boot Loader (亦即是 grub等程序)

    BIOS会指定开机的装置让我们可以读取磁盘中的操作系统核心档案。由于不同OS有不同的文件系统格式,因此我们必须要以一个开机管理程序来处理核心档案加载(load)的问题,开机因此这个程序就被称Boot Loader了。这个Boot Loader在开机装置的第一个扇区内(MBR Master Boot Record)。BIOS是透过硬件的INT 13中断功能来读取MBR的,也就是说BIOS能够侦测到你的磁盘,它就可以通过硬件INT 13号中断来读取该磁盘的第一个扇区内的MBR

    一个电脑上装多重操作系统,为什么要先装Windows OS,因为装多重操作系统的时候,每一个系统都会保留一块启动扇区(boot sector)以便到时候启动操作系统,而且还会把启动程序(boot loader)放到系统的MBR,每一块硬盘就只有一个MBR,装第二个操作系统的时候会覆盖第一个操作系统放到系统的MBR的值,Windows系统的Loader预设不具有控制权的转交功能

    boot loader的主要功能

    • 提供选单:用户可以选择不同的开机项目,在这个是多重引导的重要功能。

    • 载入核心档案:直接指向可开机的程序区段来启动操作系统。

    • 转交其他Loader: 将开机管理功能转交给其他的Loader来负责。

    boot loader最终功能就是加载kernel文件

    依据 boot loader 的设定加载 Kernel ,Kernel 会开始侦测硬件与加载驱动程序

    通过boot loader的管理而开始读取内核文件后,接下来,Linux就会将内核解压缩到内存中,并且利用内核的功能,开始测试和驱动周边设备。此时Linux内核会以自己的功能重新检测一次硬件,而不一定会使用BIOS检测到的硬件信息。内核此时才开始接管BIOS后的工作了。内核文件一般会放置在/boot里面,并且取名为/boot/vmlinuz

    在硬件驱动成功后,Kernel 会去自动调用 init 程序,而 init 会取得 run-level 信息

    在内核加载完毕进行完硬件检测与驱动程序加载后,此时主机硬件就准备就绪了,此时内核会主动调用第一个进程,就是/sbin/init。/sbin/init最主要的功能就是准备软件执行的环境,包括系统的主机名、网络设置、语系处理、文件系统格式及其他服务的启动。配置文件为/etc/inittab。而inittab内还有一个很重要的设置选项,就是默认的run level(启动执行等级)。

    执行等级:Linux通过设置run level来规定系统使用不同的服务来启动,让Linux的使用环境不同。依据有无网络与有无X Window而将run level分为7个等级

    • 0 - halt 系统直接关机

    • 1 - single user mode 单用户维护模式,用在系统出问题是的维护

    • 2 - Multi-user, without NFS 类似下面的runlevel3,但无NFS服务

    • 3 - Full multi -user mode 完整含有网络功能的纯文本模式

    • 4 - Unused 系统保留功能

    • 5 - X11 与runlevel3类似,但加载使用X Window

    • 6 - reboot 重新启动

    由于runlevel 0/4/6不是关机、重新启动就是系统保留的,所以不能将默认的run level设置成这三个值,否则系统就会不断自动关机或者自动重启

    /etc/inittab语法

    [设置选项]:[run level]:[init的操作行为]:[命令选项]

    • 设置选项:最多四个字符,代表init的主要工作项目,只是一个简单的说明

    • run level:该项目在哪些run level进行的意思。如果是35则代表runlevel3与5都会执行

    • init的操作行为:主要可以进行的动作项目意义有

    init设定值

    意义说明
    initdefault代码预设的run level设定值
    sysinit代表系统初始化的动作项目
    ctrlaltdel代表[ctrl]+[alt]+[del]三个按键是否可以重新启动的设定
    wait代表后面字段设定的指令项目必须要执行完毕才能继续底下其他的动作
    respawn

    代表后面字段的指令可以无限制的再生(重新启动)。举例来说,tty1的mingetty产生的可登入得画面,在你注销而结束后,系统会再开一个新的可登入画面等待下一个登入

    更多的设置可以参考man inittab的说明

    init处理系统初始化流程(/etc/rc.d/rc.sysinit)

    这个脚本主要是设定系统的环境

    启动系统服务与相关的启动配置文件(/etc/rc.d/rc & /etc/sysconfig)

    用户自定义开机启动程序(/etc/rc.d/rc.local)

    参考来自鸟哥私房菜第三版

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    我们每天使用计算机必须要经过的一个步骤就是启动了,但是,你是否知道计算机到底是怎样启动的呢?或许,你会认为这并不重要,是的,对于我们一般人而言,它确实不重要,事实上,我们更关心它启动得有多快,但是,这却实在是一个很“基本”的问题,每天都在用计算机,却不知道它是怎样启动的,似乎总感觉有些别扭(当然了,多数人都不知道的话也就没什么好别扭的了)。下面就为大家介绍一下我们使用的计算机到底是怎样启动起来的,由于这个问题比较大,我将它分为了两部分来介绍,这样可能比较好接受一些。这次只介绍前半部分(即和操作系统无关的部分)。另外,为方便大家理解,我特意制作了相关的流程图,建议大家对照着看。

    如果你愿意了解一下,希望你能通过下面的介绍弄懂这个问题,如果你没什么兴趣,也没关系,毕竟,它是个比较边缘的东西,不太了解也行。

    像大多数介绍此知识的文章一样,这里还是需要先介绍一下两个基本而重要的概念。

    BIOS:即“Basic Input/Output System”(基本输入输出系统),它是一组被“固化”在计算机主板上的一块ROM中直接关联硬件的程序,保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序,其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制,它包括系统BIOS(主板BIOS).其它设备BIOS(例如IDE控制器BIOS、显卡BIOS等)其中系统BIOS占据了主导地位.计算机启动过程中各个BIOS的启动都是在它的控制下进行的.

    内存地址:我曾在虚拟内存的介绍中提到过它,我们知道,内存空间的最基本单位是位,8位视为一个字节,即我们常用的单位B,内存中的每一个字节都占有一个地址(地址是为了让CPU识别这些空间,是按照16进制表示的),而最早的8086处理器只能识别1MB(2的20次方B)的空间,这1MB内存中低端(即最后面)的640KB就被称为基本内存,而剩下的内存(所有的)则是扩展内存。这640KB的空间分别由显存和各BIOS所得。

    现在正式开始介绍计算机的启动过程(从打开电源到操作系统启动之前)

    1、当电源开关按下时,电源开始向主板和其他设备供电,此时电压并不稳定,于是,当主板认为电压并没有达到CMOS中记录的CPU的主频所要求的电压时,就会向CPU发出RESET信号(即复位,不让CPU进一步运行),不过仅一瞬间不稳定的电压就能达到符合要求的稳定值,此时复位信号撤销,CPU马上从基本内存的BIOS段读取一条跳转指令,跳转到BIOS的真正启动代码处,如此,系统BIOS启动,此后的过程都由系统BIOS控制。

    2、系统BIOS启动后会进行加电自检POST(Power On Self Rest)。不过这个过程进行得很快,它主要是检测关键设备(如电源、CPU芯片、BIOS芯片、基本内存等电路是否存在以及供电情况是否良好。如果自检出现了问题,系统喇叭会发出警报声(根据警报声的长短和次数可以知道到底出现了什么问题)。

    3、如果自检通过,系统BIOS会查找显卡BIOS,找到后会调用显卡BIOS的初始化代码,此时显示器就开始显示了(这就是为什么自检失败只能靠发声进行提醒了)。显卡BIOS会在屏幕上显示显卡的相关信息(不过现在的笔记本似乎并不显示这个)。

    4、显卡检测成功后会进行其他设备的测试,通过后系统BIOS重新执行自己的代码,并显示自己的启动画面,将自己的相关信息显示在屏幕上,而后会进行内存测试(这些在现在的计算机上也看不到了),仅仅是短暂出现系统BIOS设置页面,此时就可以对系统BIOS进行需要的设置了,完成后会重新启动。

    5、此后BIOS会检测系统的标准硬件(如硬盘、软驱(虽然现在很多计算机已没有软驱了)、串行和并行接口等),检测完成后会接着检测即插即用设备,如果有的话就为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源,到了这里,所有的设备都已经检测完成了,老机会进行一次清屏并显示一个系统配置表,如果和上次启动相比出现了硬件变动,BIOS还会更新ESCD,即“Extended System Configuration Data”(扩展系统配置数据),它是系统BIOS用来与操作系统交换硬件配置信息的数据,这些数据被存放在CMOS中。现在的机器则不再显示这些了。

    6、当上面的所有步骤都顺利进行以后,BIOS将执行最后一项任务:按照用户指定的启动顺序进行启动(即我们经常需要用到的设置系统从哪里启动,一般默认是硬盘,如果需要安装系统,还会设置为光驱或USB设备),注意,这里是指的启动顺序,如果设置为从光驱启动,而光驱中又没有光盘的话,系统还是会接着从硬盘启动的。

    至此,操作系统启动之前的所有启动步骤都完成了,如果从硬盘启动的话,接着就是操作系统的启动过程了,关于这一部分,不同的系统也是存在差别的,我们谨以xp和vista为例,由于内容较多,就下一次再介绍吧。

    下面是上面的启动过程的流程图,对照此图理解上面的内容可能会更方便些:

     


    文章来自:大学生校园网-VvSchool.CN 详文参考:http://www.vvschool.cn/html/computer/sys/2010/0118/2593.html

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  • CentOS7开机流程

    2016-10-07 18:29:26
    在学习开机流程的时候,手中学习的那本书上介绍init这个初始化程序,而实际上,在我的虚拟机上,这个初始化程序是systemd 以下的网站有助于我了解这个程序,和进一步了解开机过程中,电脑实际经过一些重要的流程: ...

    在学习开机流程的时候,手中学习的那本书上介绍init这个初始化程序,而实际上,在我的虚拟机上,这个初始化程序是systemd
    以下的网站有助于我了解这个程序,和进一步了解开机过程中,电脑实际经过一些重要的流程:
    CentOS7进程管理systemd详解(1):http://www.linuxidc.com/Linux/2016-09/135464.htm

    CentOS7进程管理systemd详解(2):
    http://www.linuxidc.com/Linux/2016-09/135464p2.htm

    走进Linux之systemd启动过程:
    http://www.linuxidc.com/Linux/2015-05/117640.htm

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  • 在前篇随笔中,已经谈到了CMOS与BIOS,CMOS是记录各项硬件参数(包括系统... 这个BIOS是在开机的时候计算机系统会主动执行的第一个程序。  接下来,BIOS会去分析计算机里面有哪些存储设备,以硬盘为例,BIOS会依...

     

      在前篇随笔中,已经谈到了CMOS与BIOS,CMOS是记录各项硬件参数(包括系统时间、设备的I/O地址、CPU的电压和频率等)且嵌入到主板上面的存储器,BIOS是一个写入到主板上的韧体(韧体是写入到硬件上的一个软件程序)。

      这个BIOS是在开机的时候计算机系统会主动执行的第一个程序

      接下来,BIOS会去分析计算机里面有哪些存储设备,以硬盘为例,BIOS会依据用户的设置去取得能够开机的硬盘,并且到该硬盘里面去读取第一个扇区中的主引导分区(Master Boot Record,MBR)位置。MBR这个仅有446bytes的硬盘容量里面会放置最基本的引导加载程序(Boot loader),此时BIOS就功成圆满,接下来就是MBR内的引导加载程序的工作了。

      这个引导加载程序的目的是加载内核文件,由于引导加载程序是操作系统在安装的时候所提供的,所以它会识别硬盘内的文件系统格式,因此就能够读取内核文件,接下来就是内核文件的工作了,之后就是我们所知道的操作系统的任务。

      简单的说,整个开机流程到操作系统之前的动作应该是这样的:

      1.BIOS:开机主动执行的韧体,会认识第一个开机的设备

      2.MBR:第一个可开机设备的第一个扇区内的主引导分区块,内含引导加载程序。

      3.引导加载程序:一只可读取内核文件来执行的软件。

      4.内核文件:开始操作系统的功能。

      BIOS与MBR都是硬件本身会支持的功能,至于Boot loader(引导加载程序)则是操作系统安装在MBR上面的一套软件。由于MBR仅有466bytes而已,因此这个引导程序是非常小而完美的。这个boot loader的主要任务有下面几项:

    • 提供菜单:用户可以选择不同的开机选项,这也是多重引导的重要功能呢。
    • 载入内核文件:直接执行可开机的程序区段来开始操作系统。
    • 转交其他loader:将引导加载功能转交给其他loader负责。

      上述boot loader的三条任务中,前两条很好理解,但第三条很有趣。那表示你的计算机系统里面可能具有两个以上的引导加载程序。值得特别指出的是引导加载程序(loader)除了可以安装在MBR之外,还可以安装在每个分区的引导扇区。分区还有个别的启动扇区?这个特色才能造就”多重引导“的功能。

      我们举一个例子来说明,假设你的个人计算机只有一块硬盘,里面分成四个分区,其中第一、二分区分别安装了Windows及Linux,你要如何在开机的时候选择用Windows还是Linux开机呢?假设MBR内安装的是可同时识别Windows/Linux操作系统的引导加载程序,那么整个流程如下图:

     

      在上图中,我们发现,MBR的引导加载程序提供两个菜单,菜单一(M1)可以直接加载Windows的内核文件来开机;菜单二(M2)则是将引导加载工作交给第二个分区的启动扇区。当用户在开机的时候选择菜单二时,那么整个引导加载工作就会交给第二分区的引导加载程序。当第二个引导加载程序启动后,该引导加载程序(上图中)仅有一个开机菜单,因此就能够使用Linux的内核文件来开机。这就是多重引导的工作情况。我们将上图作个总结。

    • 每个分区都拥有自己的启动扇区。
    • 图中的系统分区为第一及第二分区。
    • 实际可开机的内核文件是放置到各分区内的。
    • loader只会认识自己的系统分区内的可开机内核文件,以及其他loader而已。
    • loader可直接指向或者是间接将管理权转交给另一个管理程序。
    • 每个分区都有自己的启动扇区,loader可以安装在MBR或启动扇区上,loader只会识别自己分区内的可开机内核文件。

    转载于:https://www.cnblogs.com/xiongwei/p/9156228.html

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