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Linux引导101

时间:11个月前   游览量:1517    标签: 引导    Linux    101   

对于Ubuntu 18.04

Linux引导101 电脑系统 第1张

> Photo by Adi Goldstein on Unsplash

 

让我们从Wikipedia如何描述引导程序开始:

通常,自举通常是指自启动过程,应该在没有外部输入的情况下进行。 在计算机技术中,该术语(通常简称为引导)是指在开机后将基本软件加载到计算机内存中的过程,尤其是操作系统,然后该操作系统将根据需要负责加载其他软件。

Linux引导101 电脑系统 第2张

> The saying "to pull oneself up by one's bootstraps" was an old phrase referring to an impossible t

 

在linux中,典型的引导过程分为6个不同的阶段。 在这里,我尝试通过一些示例清晰地描述每个阶段。 在下面,您可以看到高级启动过程。

Linux引导101 电脑系统 第3张

> Typical booting processes

 

引导从BIOS开始。 什么是BIOS? 它代表"基本输入/输出系统",它是一个小程序,用于在可启动媒体(例如硬盘,CD-ROM,USB等)上寻找引导加载程序。

BIOS程序与OS完全独立,并且在执行任何其他引导过程之前执行。 它对CPU,内存和其他存储设备执行简短的完整性检查,以确保系统可启动。 它还收集所有可用的可启动设备的列表,并根据其可配置的优先级列表开始启动它们。 如果无法启动设备,它将转到列表中的下一个设备。 例如,以下是启动优先级顺序列表的示例。

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> A list of available Bootable media. You can change this order as you wish.

 

在这些可启动媒体的每一个上,都有一个包含启动加载程序信息的小文件。 该文件称为主引导记录(MBR),BIOS的工作是查找该文件并阅读说明以查找引导加载程序。

MBR是一个非常小的文件(大小为512字节),位于可引导磁盘(例如硬盘,USB等)的第一个扇区上。 该文件包含主引导程序,分区表和MBR验证检查的信息。

第一部分,主引导加载程序,包含可执行代码,以用作已安装的OS的加载程序-由于其体积有限,通常用于将控制权传递给加载程序的第二阶段(GRUB)。 第二部分,分区表,包含有关在该介质上如何组织包含文件系统的逻辑分区的信息(例如,分区的数量及其类型)。 最后一部分是MBR验证检查,它是2个字节的签名(又称幻数)。 如果是(0x55,0xaa)(十六进制格式),则BIOS将尝试引导系统。 如果不是,那么您将从BIOS中收到一条错误消息,提示它找不到可引导磁盘。

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> Master Boot Record(MBR), which is always located at cylinder 0, head 0, and sector 1, the first se

 

BIOS找到引导加载程序后,便将引导程序代码加载到内存中,从而启动引导加载程序进程。

在Ubuntu中,第二阶段的引导程序是GRUB。 它代表GRand Unified Bootloader,它属于GNU项目。

这是一个小型软件包,负责启动操作系统并了解文件系统。 如果您的计算机上安装了多个内核映像,或特定操作系统的多个配置,则GRUB允许您引导其中一个。 它显示一个启动屏幕,等待几秒钟,如果没有用户输入,则它将加载其配置文件中指定的默认内核映像。 在下面,您可以看到我的计算机上安装了许多内核映像。 您可以通过键入$ dpkg –list |查看列表。 CLT上的grep linux-image。

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> List of all available linux kernel images on my computer

 

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> The default linux kernel on my computer.

 

对于每个操作系统或内核配置,GRUB在其配置文件上都有一组说明。 该配置位于/boot/grub/grub.cfg中。

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配置文件包含有关内核和initrd(初始RAM磁盘)映像的信息。 initrd映像包含加载实际OS文件系统所需的模块/驱动程序。 内核将这些映像用作临时根文件系统。 加载根文件系统后,内核会卸载这些临时文件并加载实际文件系统。

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> The contents of boot directory. You can see initrd images on the directory

 

现在,内核接管了。 但是什么是内核? 它是OS的核心,可提供对服务和硬件的访问。 它是一个压缩的图像文件,其位置在GRUB配置文件中指定。

现在,当内核加载到内存中时,执行将通过检查处理器系列和体系结构开始。 内核执行许多特定于硬件的操作。 它使用" initramfs"读取驱动程序和启动系统所需的模块。 它还按照GRUB配置文件中的指定挂载"根文件系统"。

在此阶段,内核执行/ sbin / init二进制文件。 它是Linux内核在用户空间中第一个执行的程序。 您可以检查此二进制文件的进程ID(PID),始终为1。

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> You can check a program's PID with $ ps -ef command

 

在此阶段,init程序将启动init进程,该进程运行一系列初始化脚本,称为init.d bash脚本。 您可以在/etc/init.d目录中检查这些脚本。 每个守护程序或服务都有一个脚本。

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> init.d scripts

 

该初始化从运行程序级别0到6(从0到init 6)的init运行程序开始。 程序分为6个目录(每个init级别)。 目录名称的格式为/etc/rc.*d,每个目录包含特定于该程序级别的文件。 根据运行级别(目标),内核开始从以下目录之一执行程序:

· init 0暂停/etc/rc0.d上的文件

· 位于/etc/rc1.d上的init 1个单用户模式文件

· init 2多用户模式,在/etc/rc2.d上没有NFS文件

· 在/etc/rc3.d上具有NFS文件的init 3多用户模式

· 初始化/etc/rc4.d上的4个未使用的文件

· 位于/etc/rc5.d上的init 5 X11- GUI模式文件

· init 6重新启动/etc/rc6.d上的文件

在每个目录中,文件有两种类型,一种是启动脚本,以字母S开头,另一种是停止/杀死脚本,其以字母K开头。第一个字母后有一个数字 ,显示执行顺序。

参考文献

· Linux引导过程-如何执行(链接)

· Linux引导过程(链接)

· Linux引导过程(链接)

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(本文翻译自Saeed Mohajeryami的文章《Linux BootstrApping 101》,参考:
https://medium.com/datadriveninvestor/linux-bootstrapping-101-2c2a8c067253)