深入理解 Linux 内核启动流程
目录
一、BIOS 与 Bootloader
1.BIOS（Basic Input/Output System）
2.Bootloader（引导加载程序）
二、内核初始化
1.解压内核映像
2.初始化硬件设备
3.建立内存管理系统
4.启动第一个进程（init）
三、系统初始化
1.运行级别切换
2.启动系统服务和守护进程
3.用户登录
四、总结
在 Linux 系统中，内核的启动是一个复杂而关键的过程，它为整个操作系统的运行奠定了基础。本文将详细探讨 Linux 内核的启动流程，帮助读者更好地理解这个神秘而重要的过程。
一、BIOS 与 Bootloader
1.BIOS（Basic Input/Output System）
- 当计算机启动时，BIOS 首先被执行。它负责硬件的初始化，包括检测硬件设备、设置硬件参数等。BIOS 还会查找可引导设备，通常是硬盘、U 盘或光盘。
- 如果找到了可引导设备，BIOS 会将引导扇区（通常是硬盘的第一个扇区）加载到内存中，并将控制权转移给引导扇区中的代码。
2.Bootloader（引导加载程序）
- Bootloader 是位于引导扇区或其他特定位置的程序，它的主要任务是加载 Linux 内核到内存中，并将控制权转移给内核。常见的 Bootloader 有 GRUB、LILO 等。
- Bootloader 首先会进行一些初始化工作，如设置内存布局、检测硬件设备等。然后，它会读取内核映像文件，并将其加载到内存中的特定位置。最后，Bootloader 会跳转到内核的入口点，将控制权转移给内核。
二、内核初始化
1.解压内核映像
Linux 内核通常以压缩的形式存储在磁盘上，以便节省空间。当 Bootloader 将内核映像加载到内存中后，内核首先会进行解压缩操作。解压缩后的内核映像会被放置在内存中的特定位置，准备进行进一步的初始化。
2.初始化硬件设备
- 内核在启动过程中会对各种硬件设备进行初始化。这包括 CPU、内存、中断控制器、定时器、设备总线等。内核会检测硬件设备的存在和状态，并为它们分配资源，如内存地址、中断号等。
- 对于一些重要的硬件设备，内核还会加载相应的驱动程序，以便在系统运行时能够正确地操作这些设备。
3.建立内存管理系统
- 内存管理是内核的一个重要功能，它负责为系统中的进程分配和管理内存资源。在启动过程中，内核会建立内存管理系统，包括初始化内存页表、设置内存分配策略等。
- 内核还会检测系统中的物理内存大小，并将其划分为不同的内存区域，如内核空间和用户空间。内核空间是供内核代码和数据使用的内存区域，而用户空间是供用户进程使用的内存区域。
mm_init_cpumask(&init_mm); /*和内存有关的初始化 */
4.启动第一个进程（init）
- 当内核完成了硬件设备的初始化和内存管理系统的建立后，它会启动第一个进程，通常是init进程。init进程是系统中的第一个用户空间进程，它的任务是初始化系统环境、启动其他系统服务和守护进程等。
- init进程会根据系统的配置文件（如/etc/inittab）来确定系统的运行级别，并启动相应的服务和守护进程。例如，在系统启动时，init进程可能会启动网络服务、文件系统服务、登录服务等。
三、系统初始化
1.运行级别切换
- 根据系统的配置文件，init进程会切换到不同的运行级别。每个运行级别代表了系统的一种特定状态，例如单用户模式、多用户模式、图形界面模式等。
- 在不同的运行级别下，系统会启动不同的服务和守护进程，以满足用户的需求。例如，在图形界面模式下，系统会启动图形界面服务和相关的应用程序，而在单用户模式下，系统只启动必要的服务，以便进行系统维护和修复。
2.启动系统服务和守护进程
- init进程会根据系统的运行级别启动相应的系统服务和守护进程。这些服务和守护进程包括网络服务、文件系统服务、打印服务、数据库服务等。它们负责为用户提供各种系统功能和服务，确保系统的正常运行。
- 系统服务和守护进程通常以后台进程的形式运行，它们会在系统启动时自动启动，并在系统运行过程中持续运行，直到系统关闭。
3.用户登录
- 当系统服务和守护进程启动完成后，系统会进入用户登录界面。用户可以通过输入用户名和密码登录到系统中，开始使用系统的各种功能和服务。
- 用户登录后，系统会为用户创建一个用户环境，包括设置用户的工作目录、环境变量等。用户可以在这个环境中运行各种应用程序，进行文件操作、网络通信等。
四、总结
Linux 内核的启动流程是一个复杂而精细的过程，它涉及到硬件设备的初始化、内存管理、进程管理等多个方面。通过了解这个过程，我们可以更好地理解 Linux 系统的工作原理，为系统的维护和优化提供帮助。