前言
Linux开机启动流程
文中实验基于CentOS6.4版本（CentOS6.x版本都可以，但是CentOS7.x版本会有所区别）
正文
一. 启动流程
- 开关电源（
SMPS）在开机之后将AC信号转换为DC信号，然后SMPS会进行电压的检测，如果正常，SMPS将会发送POWER GOOD信号给主板定时器，主板定时器接收到POWER GOOD信号之后，将会停止发送reset指令给CPU，这意味着电脑可以正常启动 - 在
CPU的设置中有一些值是固定的，这样CPU才知道从哪里开始读取指令，在X86计算机中，第一条指令是FFFF:0000h，指向ROM的最后一个字节，该指令因为只有一个字节，所以只是简单的包含一个跳转指令，该跳转指令指向的是BIOS所在的地址（EPROM或者ROM中） BIOS就是基本输入输出系统，其功能主要有两个：
- POST：
Power On Self Test；硬件自检；即在BIOS中有一个硬件设备的列表，为了检测某一个硬件设备是否可用，就发送一个电脉冲给每一个设备，如果该脉冲被设备返回，说明设备可用，否则，不可用；如果有新的硬件接入，那么会使用同样的检测过程，同时会更新BIOS中的列表，用于下次启动过程- 选择第一个启动设备：
BIOS会根据CMOS里面的记录的启动顺序以及上一步硬件自检过程中，设备的可用装态，确定最终的可启动设备顺序，具体的过程是BIOS将磁盘的第一扇区（磁盘最开始的512字节）载入内存，放在0X0000:0X7C00处，然后检查这个扇区的最后两个字节是不是55AA，如果是则认为这是一个有效的启动扇区，如果不是就会尝试下一个启动介 质，如果找到可以启动的程序就会从这一介质启动，如果所有的启动介质都判断过后仍然没有找到可启动的程序那么BIOS会给出错误提示
注： 我们平时所说的更改BIOS设置，实际上是错的，我们更改的只是CMOS中存储的设置，BIOS中信息不能被用户改变，需要厂商提供闪存程序
- MBR：
BIOS确定好第一个启动设备之后，去该设备磁盘的第一个扇区读取最开始的512字节到内存（通过硬件的INT 13中断功能来读取的），该512字节就是MBR，即主引导记录；这512字节中有446字节才是正真的主引导加载代码（Boot Loader，即可以安装引导加载程序的地方），还有64字节用于存放磁盘分区表信息，以及最后两个字节用于校验（55AA)是否为有效的启动扇区；每个分区需要16个字节用于存储分区的开始，结束位置，分区类型等（由于每个分区信息需要16个字节，所以对于采用MBR型分区结构的硬盘(其磁盘卷标类型为MS-DOS)，最多只能识别4个主要分区。所以对于一个采用此种分区结构的硬盘来说，想要得到4个以上的主要分区是不可能的。这里就需要引出了扩展分区。扩展分区也是主分区（Primary partition）的一种，但它与主分区的不同在于理论上可以划分为无数个逻辑分区，每一个逻辑分区都有一个和MBR结构类似的扩展引导记录(EBR) ）（MBR分区方案无法支持超过2TB容量的磁盘。因为这一方案用4个字节存储分区的总扇区数，最大能表示2的32次方的扇区个数，按每扇区512字节计算，每个分区最大不能超过2TB，如果磁盘容量超过2TB，那分区的起始位置 就无法表示了） - 继续之前，我们先看一下
MBR的信息，这里以CentOS6.4为例（后文不再声明），使用命令dd if=/dev/sda of=mbr bs=512 count=1，将第一个扇区的512字节内容转存到mbr文件中，其中bs表示大小；然后可以通过file mbr来查看分区信息等，输出如下；其中partition x表示第x个分区的信息，上面说了，使用MBR时最多只能有四个分区，而且这四个分区中最多只能有一个活动分区，也就是下面被标记为active的partition 1
x86 boot sector; partition 1: ID=0x83, active, starthead 32, startsector 2048, 19451904 sectors; partition 2: ID=0x5, starthead 254, startsector 19455998, 2093058 sectors, code offset 0x63
- Grub–Stage1：
MBR中的前446字节存储着引导加载程序，即Boot Loader，这里以Grub为例；Grub有两个阶段（实际上应该是三个阶段，后面会解释），实际上这446字节中存储的只是Grub的第一阶段，因为446字节的空间实在有限，做不了太多事情；Grub第一阶段的作用主要是加载第二阶段
注：GRUB实际上分为三个阶段：stage1 -- stage1.5 -- stage2）stage1是存储在MBR前446字节中的引导加载程序；stage1.5位于MBR GAP（MBR GAP：扇区编号从0开始，但是真正的磁盘分区一般是从第63个扇区开始的，也就是说从1-63扇区是空闲的（第0个扇区存储MBR），这段空间叫做MBR GAP），因为stage2的配置文件（/boot/grub/grub.conf）存储于磁盘上，但是读取文件系统需要驱动，MBR GAP中主要存储的就是读取文件系统的driver，stage1读取该部分内容之后，就可以去读取grub配置文件，即stage2的内容
- Grub–Stage2：
stage1加载stage2的配置文件，主要是/boot/grub/grub.conf，这里我们先看一下grub.conf的内容，如下
default=0：这个必须和下面的title对应，在配置文件中有几个title，启动的时候就会有几个菜单可以选择；default=0表示使用第一个title选项来启动，default表示在读秒时间结束前都没有按键，则使用默认选项启动timeout=5：读秒时间，如果5秒钟内没有按键，则使用默认选项启动；当然可以自行调整时间splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz：CentOS启动的时候，后台不是黑白而是彩色变化的，就是这个文件提供的后台图示hidemenu：是否显示提示菜单，默认是hide的，但是笔者这里将这个选项注释掉了，在选择开机启动项的时候还会显示提示菜单title：这部分指定的是菜单选项，开机时有多少个title就会有多少个菜单选项；每一个title下的内容，一个是指定kernel文件及设置，另一个是指定initrd位置
- Kernel加载：
Boot Loade根据用户的选项，去加载相应的磁盘映像到内存，内核是一个压缩文件，解压缩后，内核会再一次进行测试与驱动周边设备；之后，内核需要去加载各个模块，Linux内核可以动态加载内核模块，这些内核模块放置在/lib/modules/目录下，由于模块放置到磁盘根目录下，所以内核要去读取这些模块的话，需要挂载到根目录，这样才能读取内核模块加载驱动程序的功能，但是内核根本不认识SATA磁盘，所以需要加载SATA磁盘的驱动程序，否则根本无法挂载根目录，但是SATA的驱动程序是在/lib/modules/内，这就出现了两难的问题，所以为了去挂载根目录，就出现了initrd这个东西 - initrd：虚拟文件系统，一般位于
/boot/initrd，Boot Loader在将内核加载到内存的同时，也会将initrd加载到内存中，并仿真成为一个根目录；initrd的作用就是去加载必要的驱动，以便内核可以访问真正的根文件系统（如：磁盘控制器驱动，文件系统驱动（ext3，ext4等）），然后去挂载真正的根文件系统，进行根切换操作，用真正的根文件系统进行启动；initrd完成上述任务之后，会清除掉自己在内存中的痕迹，让出空间 - 内核及其必要模块加载完毕之后，会主动执行第一个程序，即
/sbin/init，这也是第一个启动的进程；/sbin/init的主要功能是根据其配置文件（/etc/inittab）去准备软件的执行环境（系统服务等）；这里我们看一下其配置文件/etc/inittab的内容；如下；前面的注释是对该配置文件的描述，在笔者的该系统中，inittab中只有一项配置，即运行级别（runlevel）的设置，所谓的run level就是Linux会根据run level的设置来启动不同的服务，让Linux的运行环境不同；至于run level，分为七个等级：如下；
0 -- halt：系统直接关机1 -- single user mode：单用户维护模式，用在系统出问题时的维护2 -- Multi-user， without NFS：类似下面的level 3，只是没有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level 3类似，但是加载使用X Window6 -- reboot：重新启动
这里笔者将运行级别设置为3，所以是以纯文本形式启动，即纯命令行模式
- 到这里系统就启动起来啦 ~ ，这也是系统启动的大致流程 ~
二. 参考链接
- 鸟哥私房菜基础学习篇第三版
- https://www.slashroot.in/linux-booting-process-step-step-tutorial-understanding-linux-boot-sequence
- https://www.linuxnix.com/linux-booting-process-explained/
