一個Linux系統(tǒng)的組成部分

Linux系統(tǒng)組成部分：內(nèi)核+根文件系統(tǒng)粉寞；理解這個概念非常重要化焕，簡單來說，系統(tǒng)啟動就是為了啟動內(nèi)核坝咐，讓內(nèi)核加載根文件系統(tǒng)循榆，最后執(zhí)行初始化程序。

Linux開機(jī)啟動流程

首先簡要概括下Linux系統(tǒng)的啟動流程
從按下電源鍵開始墨坚，Linux的啟動流程大概如下
1.POST自檢
2.按順序?qū)ふ乙龑?dǎo)程序
3.啟動內(nèi)核
4.內(nèi)核加載根文件系統(tǒng)
5.啟動init程序

下面來詳細(xì)說明下各啟動階段都做了什么

一秧饮、POST自檢

POST自檢主要對硬件設(shè)備的檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，POST自檢也是一個程序泽篮，安裝在主板的的ROM上盗尸，讀取CMOS中的信息，以了解部分硬件的信息帽撑，比如硬件自檢(post)泼各、硬件上的時(shí)間、硬盤大小和型號等亏拉。包括扣蜻，手動進(jìn)入bios界面看到的信息，都是在這一階段獲取到的及塘，如下圖莽使。

設(shè)置引導(dǎo)順序

當(dāng)硬件掃描完成后，開始讀取第一個設(shè)備的MBR笙僚，如果第一個設(shè)備沒有MBR芳肌，則會讀取第二個。

二肋层、尋找引導(dǎo)程序

硬盤的第一個扇區(qū):MBR（Master Boot Record) 主引導(dǎo)記錄

引導(dǎo)程序?yàn)榱思虞d內(nèi)核而存在亿笤，當(dāng)POST自檢沒問題后，計(jì)算機(jī)會按照用戶所給定的存儲設(shè)備順序來讀取MBR栋猖，為什么讀取MBR净薛，因?yàn)镸BR保存了引導(dǎo)程序，但引導(dǎo)程序不一定安裝在MBR上掂铐，本文這個步驟只針對MBR罕拂，但無論哪種啟動方式都好，目的都是一樣的全陨，為了加載引導(dǎo)程序爆班！
MBR也稱:主引導(dǎo)記錄，位于磁盤的第一個扇區(qū)辱姨，和分區(qū)無關(guān)柿菩，和操作系統(tǒng)無關(guān)，注意雨涛，MBR位于磁盤的第一個扇區(qū)枢舶，因此一個硬盤只有一個MBR;
MBR由512 Byte組成
446 Byte:存放引導(dǎo)程序（bootloader）;
64 Byte:存放磁盤的分區(qū)表;
最后2 Byte:用于標(biāo)識MBR是否有效，如果BIOS讀取時(shí)替久，發(fā)現(xiàn)MBR最后2個字節(jié)的數(shù)值不是0x55AA,則認(rèn)為這個MBR是沒用的凉泄，會去讀取下一個設(shè)備。
這里需要注意的是蚯根，不要把MBR和bootloader的概念混在一起后众，2個是不同的東西，一定要區(qū)分開颅拦，bootloader存放在MBR中蒂誉；MBR不單單存放bootloader還有存放分區(qū)信息呢。

引導(dǎo)程序

引導(dǎo)程序是為了加載內(nèi)核而存在距帅，引導(dǎo)程序是有很多的右锨，其中，就有g(shù)rub一個碌秸，很多的Linux發(fā)行版使用grub這個程序作為它的引導(dǎo)程序绍移，它有兩個版本。
grub 0.X:Linux5讥电、6使用
grub 1.X:Centos7使用

本文只針對grub 0.X引導(dǎo)程序來說明登夫，grub 0.X也稱為grub lagecy，有三部分組成允趟，也稱為三個階段恼策。stage1,stage1.5,stage2。分別安裝在不同的位置上

stage1： 安裝在MBR的前446個字節(jié)中
stage1.5: 安裝在MBR后面潮剪，第一個分區(qū)前的間隙中
stage2: 放在磁盤某個分區(qū)中

為什么要劃分為三個階段涣楷？
因?yàn)橐龑?dǎo)程序grub實(shí)在太大了（相比起MBR只有446字節(jié)來說）上面三個階段中，stage2才是gurb的核心程序抗碰，它是向我們提供菜單的提供者狮斗，它的代碼量大小，遠(yuǎn)超446字節(jié)弧蝇，是不能直接存放在MBR中碳褒。stage1只是為了加載stage2折砸，但前面說了stage2是存放在磁盤分區(qū)中的，磁盤分區(qū)要想保存文件沙峻，必須擁有文件系統(tǒng)睦授。而要讀取這個文件系統(tǒng)上的文件，是需要驅(qū)動的摔寨，而現(xiàn)在文件系統(tǒng)格式這么多（如ext2,3,4去枷、ntfs、xfs...)而stage1只有446Byte存放引導(dǎo)程序是复，明顯是不夠的删顶，所以引入了stage1.5，stage1.5保存了文件系統(tǒng)驅(qū)動淑廊，用于提供文件系統(tǒng)驅(qū)動協(xié)助stage1加載stage2逗余，當(dāng)stage1有文件驅(qū)動的支持后，才能讀取磁盤分區(qū)上的數(shù)據(jù)季惩，從而能加載stage2

grub程序所提供的菜單

stage1_5的目的之一是識別文件系統(tǒng)猎荠，但文件系統(tǒng)的類型有很多，所以對應(yīng)的stage1_5也有很多種蜀备，如下圖：

stage1.5的文件驅(qū)動

這些文件通常存放在/boot/grub目錄下关摇，satge2程序也存放在該目錄下，在安裝系統(tǒng)的時(shí)候碾阁，通常情況下输虱，很多人的做法是把boot分區(qū)單獨(dú)分區(qū)，而且分區(qū)格式一般都是比較常見的脂凶，這是為什么呢宪睹？

原因也很簡單，如上圖蚕钦，stage1.5所支持的文件系統(tǒng)不多亭病，某些特殊或比較少見的文件系統(tǒng)是不支持的，而現(xiàn)在也有很多人喜歡把根文件系統(tǒng)掛載到LVM之類的邏輯文件系統(tǒng)嘶居，而grub沒有這類文件系統(tǒng)的驅(qū)動罪帖。如果把boot目錄掛載在grub不能識別的文件系統(tǒng)上，引導(dǎo)就沒辦法進(jìn)行邮屁。所以一般boot單獨(dú)分區(qū)就是因?yàn)檫@個整袁。

順利啟動stage2之后，屏幕應(yīng)當(dāng)顯示一個菜單佑吝，讓用戶選擇要啟動的系統(tǒng)或內(nèi)核坐昙。這個菜單是通過配置文件定義的,配置文件在根目錄下的grub目錄，引導(dǎo)程序的根目錄和內(nèi)核的根目錄是兩回事芋忿，迄今炸客，內(nèi)核還沒啟動疾棵，還沒去找文件系統(tǒng)呢，所以別混肴痹仙。

用戶在菜單中選定了某一功能后是尔，在背后就會按照配置文件的定義來啟動內(nèi)核，grub legacy的配置文件很有意思蝶溶，我會對grub legacy的配置文件作詳細(xì)說明，請查看我的其他文章宣渗。

grub會按照配置文件所給定的參數(shù)來啟動內(nèi)核。

三、啟動內(nèi)核

內(nèi)核存放在哪里究反？grub如何啟動內(nèi)核舟奠？

第一個問題：內(nèi)核存放在哪里？
內(nèi)核文件通常存放在/boot目錄下鞍恢，通常該目錄也是grub程序的根目錄傻粘，內(nèi)核是以bzimage壓縮存放在該目錄中，并且名稱一般都是以vmlinuz-后跟版本號帮掉。這樣的方式來命名

內(nèi)核文件位置

第二個問題：如何啟動內(nèi)核
很簡單弦悉，通過配置文件，該配置文件通常存放在/boot/grub目錄中蟆炊，名字通常為:grub.conf

grub.conf

配置文件定義了各種菜單稽莉，每個一般都對應(yīng)一個內(nèi)核，以及傳遞一些運(yùn)行參數(shù)給內(nèi)核涩搓，

grub.conf文件

如上圖污秆，開頭的幾個選項(xiàng)是一些通用配置，只要定義默認(rèn)菜單昧甘、超時(shí)時(shí)間和背景圖的一些選項(xiàng)良拼。重點(diǎn)是用紅色框和綠色框的內(nèi)容。

每個title對應(yīng)一個菜單充边，如下圖庸推，title后面的字符串就是菜單所顯示的內(nèi)容。

每個title對應(yīng)一個菜單

每個菜單浇冰，基本上都定義了三個類內(nèi)容：root予弧、kernel、initrd

第一個選項(xiàng)：root

指定grub以哪個硬盤分區(qū)作為根目錄(hd0,0)是指第一個磁盤第一個分區(qū)的意思湖饱，它的索引從0開始算起掖蛤。

這里說明一下，hd0,0一般掛載在/boot目錄下井厌，如

也就是說蚓庭，hd0,0致讥，其實(shí)對應(yīng)sda1（sda1也是第一個磁盤第一個分區(qū)的意思嘛)然后sda1又掛在/boot目錄下，所以指定root=hd0,0器赞；其實(shí)也就是root=/boot的意思垢袱。雖然有點(diǎn)繞，但是最好還是理解一下港柜。

第二個選項(xiàng)：kernel

所以kernel 后面指定的/vmlinuz-4.14.341其實(shí)說的就是/boot/vmlinuz-4.14.341這個文件。
指定好linux內(nèi)核位置之后畔柔，還需要傳遞參數(shù)給內(nèi)核氯夷，如linux的根文件系統(tǒng)在哪里，這是必須給出的靶擦。

指定linux根文件系統(tǒng)位置

第三個選項(xiàng)：initrd

理解這個之前踩蔚，先來說明下，內(nèi)核啟動后枚粘，主要的工作就是加載根文件系統(tǒng)寂纪，然后啟動init初始化程序（通常就是/sbin/init），隨后的所有用戶空間的工作全部由init完成赌结，內(nèi)核不關(guān)心用戶空間的程序捞蛋。

內(nèi)核為了加載init程序，需要加載根文件系統(tǒng)柬姚，因?yàn)閕nit程序就是存放在根文件系統(tǒng)的/sbin目錄下拟杉，而加載根文件系統(tǒng)是必須要有文件系統(tǒng)的驅(qū)動。而文件系統(tǒng)的驅(qū)動又在哪里呢量承？答案是在磁盤某個分區(qū)上搬设，內(nèi)核加載磁盤需要磁盤驅(qū)動，而驅(qū)動又存放在磁盤上撕捍，這就有了先有雞還是先有蛋的問題拿穴，那么如何解決呢？

解決方法一：把根文件系統(tǒng)的驅(qū)動以模塊方式嵌入到內(nèi)核中忧风，但文件系統(tǒng)又太多默色，都嵌入到內(nèi)核明顯是不合適的

解決方法二：跟grub那樣，在加載真正的根文件系統(tǒng)之前狮腿，先加載這個臨時(shí)的根文件系統(tǒng)腿宰，然后再去加載真正的根文件系統(tǒng)呕诉。這個臨時(shí)的根文件系統(tǒng)，這個臨時(shí)的文件系統(tǒng)是安裝操作系統(tǒng)之后產(chǎn)生的吃度，不是默認(rèn)提供的甩挫，在安裝系統(tǒng)時(shí)候，我們創(chuàng)建好了根文件系統(tǒng)椿每，這個initramdisk就能根據(jù)我們的根文件系統(tǒng)來嵌入對應(yīng)的文件系統(tǒng)驅(qū)動伊者，而不用嵌入其他的驅(qū)動。如圖

系統(tǒng)安裝完成后间护，會自動創(chuàng)建initramfs

initramdisk存放著根文件系統(tǒng)的驅(qū)動生成的initramdisk文件存放在和內(nèi)核一起的目錄亦渗。
在Centos5之前，這個文件名叫：initrd-VERSION-RELEASE.img
在Centos6兑牡、7央碟，這個文件名叫：initramfs-VERSION-RELEASE.img

兩者區(qū)別在于
Linux特性之一：通過使用緩沖/緩存來達(dá)到加速對磁盤上文件的訪問的目的税灌，而ramdisk是加載到內(nèi)存并模擬成磁盤來使用的均函，所以Linux就會為內(nèi)存中的“磁盤”再使用一層緩沖/緩存
CentOS 5系列以及之前版本是存在此問題。
而為了解決一問題菱涤，CentOS 6/7系列版本就將其改為initramfs-VERSION-RELEASE.img苞也，使用文件系統(tǒng)的方式就可以避免雙緩沖/緩存了，我們可以說這是一種提速機(jī)制粘秆。
而且這兩類的臨時(shí)根系統(tǒng)有各自的特點(diǎn)如迟，在其他文章中再說明

以上三個選項(xiàng)內(nèi)容指定好后，grub程序把內(nèi)核和臨時(shí)根文件系統(tǒng)從磁盤中加載到內(nèi)存中并解壓運(yùn)行攻走。內(nèi)核通過臨時(shí)根加載到真正的根文件系統(tǒng)后殷勘，切換到真正的根文件系統(tǒng)中運(yùn)行初始化程序init。

Centos5根6和7的臨時(shí)根文件系統(tǒng)有區(qū)別昔搂，在Centos5中玲销，使用initrd.xxx來作為臨時(shí)根，內(nèi)核通過內(nèi)核線程來先掛載真正的根文件系統(tǒng)摘符，然后再運(yùn)行Init程序贤斜。而Centos6和7使用initramfs.xxx作為臨時(shí)根，在initramfs中逛裤，內(nèi)核直接就執(zhí)行init程序了瘩绒，掛載真正的根文件系統(tǒng)是由init程序來完成。

五带族、啟動init程序

接下來就是用戶空間init程序的介紹锁荔，Centos 5 6 7 中init程序都不一樣。
Centos5使用sysV作為init程序
Centos6使用upstart作為init程序
Centos7使用systemd作為init程序
各init程序的區(qū)別我用其他文章做說明蝙砌。
其實(shí)init程序啟動之后堕战，Linux的啟動已經(jīng)完成了
init的工作無非就是把初始化環(huán)境坤溃，啟動開機(jī)啟動程序，打印登陸提示符給用戶嘱丢。