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boot.md

File metadata and controls

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2020-10-20 09:26:21 +0800
Rustle Karl
Linux 的启动过程
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linux
Linux 学习笔记
学习笔记
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启动介质引导

  1. 计算机通电后，CPU 开始从一个固定的地址加载代码开始执行，这个地址就是 BIOS 的驱动程序所在的位置，于是 BIOS 的驱动开始执行。

  2. BIOS 驱动首先进行一些自检工作，然后根据配置的启动顺序，依次尝试加载启动程序。比如配置的启动顺序是 CD -> 网卡 -> USB -> 硬盘。 BIOS 将先检查是否能从 CD 启动，如果不行，接着尝试从网卡启动，再试 USB 盘，最后再试硬盘。

  3. CD，U盘和硬盘的启动都是一样的，对 BIOS 来说，它们都是块设备，BIOS 通过硬件访问接口直接访问这些块设备，加载固定位置的内容到内存，然后跳转到那个内存的位置开始执行，这里固定位置所存放的就是 Bootloader 的代码，从这个时间点开始，启动的工作就由 BIOS 交接到了 Bootloader 手中了。对大多数发行版来说，CD 和 U盘里面放的都是安装程序，里面用的 Bootloader 一般都是 ISOLINUX，而硬盘里面存放的是安装好的系统，常用的 Bootloader 是 GRUB2，当然开源的 Bootloader 有很多种，各有各的特点。

  4. 从网卡启动稍微有所不同，前提条件是网卡支持 PXE 启动，大概的步骤如下：

    1. 从网卡中加载 PXE Firmware 到内存中执行，里面包含一个很小的网络驱动和 TFTP Client 的实现；
    2. 发送 UDP 广播到当前局域网，向 DHCP 服务器请求 IP 和 NBP(Network Boot Program) 的地址；
    3. DHCP 服务器收到广播后，会发送应答，里面包含分配给请求机器的 IP 以及 NBP 的所在位置；
    4. 将分配的 IP 应用到网卡上，然后根据收到的 NBP 的地址，用 TFTP 协议到相应的服务器上取相应的 NBP 文件（取文件的过程不再是广播，而是点对点的文件传输过程，所以当前网卡必须要有 IP）；
    5. 开始执行取到的 NBP（Linux 一般使用 PXELINUX 作为 NBP）。

系统启动过程

以硬盘启动及 GRUB2 为例：

  1. BIOS 加载硬盘 MBR 中的 GRUB ，将启动工作交由 GRUB2 负责；
  2. 由于 MBR 里面空间很小，GRUB2 只能放部分代码到里面，所以采用多级结构来加载数据，其中最重要的一点是 GRUB2 会加载 /boot/grub/ 下的驱动到内存中；
  3. GRUB2 加载内核和 Initrd Image，启动内核，然后由内核接管整个系统；
  4. 内核进行初始化，最后启动初始化进程；
  5. 初始化进程完成 Linux 系统中相关的初始化工作，比如挂载文件系统和交换分区、启动各类进程服务等，为用户提供合适的工作环境。

目前大部分 Linux 发行版本都采用了并发启动机制的 systemd 作为初始化进程。