linux启动过程
Linux的启动过程及init进程
Linux的启动过程及init进程Linux下有三个特殊进程：idle进程（pid=0）idle进程其前⾝是系统创建的第⼀个进程，0号进程，也唯⼀⼀个没有通过fork（）或者kernel_thread产⽣的进程，由系统⾃动创建，运⾏在内核态。
0号进程在创建了init进程后，演变成为idle进程。
主处理器上的idle进程是由原始进程（0号进程）演变⽽来，从处理器上的idle进程是由init进程fork得到的，pid也为0。
idle进程的优先级最低，不参与调度，只有在运⾏队列为空时才调度。
init进程（pid=1）init进程由0号进程创建，完成系统的初始化，是第⼀个⽤户进程，是其他所有⽤户进程的⽗进程。
kthreadd进程（pid=2）kthreadd进程由idle通过kernel_thread创建，始终运⾏在内核空间，负责内核进程的调度和管理。
init进程⼀开始是内核态，然后在运⾏了⼀个⽤户态的init程序之后，转成⽤户态，之后只能在⽤户态⼯作。
⽤户想要进⼊内核态只能通过调⽤API。
init进程要把⾃⼰转换成⽤户态，就需要运⾏⼀个⽤户态的应⽤程序（init程序），需要运⾏这个程序就需要找到这个程序，需要找到这个程序就需要挂载根⽂件系统，因为所有的应⽤程序都在⽂件系统中。
所以，需要先挂载根⽂件系统，并找到⽤户态下的init程序。
Linux中的所有进程都是由init进程创建并运⾏的。
⾸先Linux内核启动，然后在⽤户空间中启动init进程，再启动其他进程。
在系统启动完成后，init进程将变成守护进程监视系统的其他进程。
init启动了login进程（⽤户登录进程），命令⾏进程（提供命令⾏环境），shell进程（提供命令解释和执⾏）其中，shell进程是⽤户登录后运⾏的第⼀个程序。
运⾏级别：0 关机1 单⽤户2 多⽤户，会启动⽹络功能，但不会启动NFS，是维护模式3 多⽤户4 不使⽤，预留5 图形化界⾯6 重启emergency 急救模式直接使⽤init+运⾏级别在centos7中，init进程是systemed进程；在centos6中是upstart进程；在centos5中是init进程，在unbuntu中是init进程。
嵌入式linux系统的启动流程
嵌入式linux系统的启动流程
嵌入式Linux系统的启动流程一般包括以下几个步骤：
1.硬件初始化：首先会对硬件进行初始化，例如设置时钟、中
断控制等。
这一步骤通常是由硬件自身进行初始化，也受到系统的BIOS或Bootloader的控制。
2.Bootloader引导：接下来，系统会从存储介质（如闪存、SD
卡等）的Bootloader区域读取引导程序。
Bootloader是一段程序，可以从存储介质中加载内核镜像和根文件系统，它负责进行硬件初始化、进行引导选项的选择，以及加载内核到内存中。
3.Linux内核加载：Bootloader会将内核镜像从存储介质中加载到系统内存中。
内核镜像是包含操作系统核心的一个二进制文件，它由开发者编译并与设备硬件特定的驱动程序进行连接。
4.内核初始化：一旦内核被加载到内存中，系统会进入内核初
始化阶段。
在这个阶段，内核会初始化设备驱动程序、文件系统、网络协议栈等系统核心。
5.启动用户空间：在内核初始化完毕后，系统将启动第一个用
户空间进程(init进程)。
init进程会读取并解析配置文件（如
/etc/inittab）来决定如何启动其他系统服务和应用程序。
6.启动其他系统服务和应用程序：在用户空间启动后，init进
程会根据配置文件启动其他系统服务和应用程序。
这些服务和应用程序通常运行在用户空间，提供各种功能和服务。
以上是嵌入式Linux系统的基本启动流程，不同的嵌入式系统可能会有一些差异。
同时，一些特定的系统也可以添加其他的启动流程步骤，如初始化设备树、加载设备固件文件等。
arm版本linux系统的启动流程
arm版本linux系统的启动流程ARM架构是一种常见的处理器架构，被广泛应用于嵌入式设备和移动设备中。
在ARM版本的Linux系统中，启动流程是非常重要的，它决定了系统如何从开机到正常运行。
本文将详细介绍ARM版本Linux系统的启动流程。
一、引导加载程序（Bootloader）引导加载程序是系统启动的第一阶段，它位于系统的固化存储器中，比如ROM或Flash。
在ARM版本的Linux系统中，常用的引导加载程序有U-Boot和GRUB等。
引导加载程序的主要功能是加载内核镜像到内存中，并将控制权转交给内核。
二、内核初始化引导加载程序将内核镜像加载到内存后，控制权被转交给内核。
内核初始化是系统启动的第二阶段，它主要完成以下几个步骤：1. 设置异常向量表：ARM架构中，异常是指硬件产生的中断或故障，比如系统调用、中断请求等。
内核需要设置异常向量表，以便正确处理异常。
2. 初始化处理器：内核对处理器进行初始化，包括设置页表、启用缓存、初始化中断控制器等。
3. 启动第一个进程：内核创建第一个用户进程（一般是init进程），并将控制权转交给它。
init进程是系统中所有其他进程的父进程，负责系统的初始化工作。
三、设备树（Device Tree）设备树是ARM版本Linux系统中的一种机制，用于描述硬件设备的相关信息。
在内核初始化过程中，内核会解析设备树，并建立设备树对象，以便后续的设备驱动程序使用。
设备树描述了硬件设备的类型、地址、中断等信息，以及设备之间的连接关系。
它使得内核能够在运行时自动识别和配置硬件设备，大大提高了系统的可移植性和灵活性。
四、启动初始化（Init）启动初始化是系统启动的第三阶段，它是用户空间的第一个进程（init进程）接管系统控制权后的操作。
启动初始化主要完成以下几个任务：1. 挂载根文件系统：启动初始化会挂载根文件系统，使得用户可以访问文件系统中的文件和目录。
2. 加载系统服务：启动初始化会加载并启动系统服务，比如网络服务、日志服务、时间同步服务等。
Linux系统后台启动过程
Linux 系统启动过程linux启动时我们会看到许多启动信息。
Linux系统的启动过程并不是大家想象中的那么复杂，其过程可以分为5个阶段：内核的引导。
运行 init。
系统初始化。
建立终端 。
用户登录系统。
init程序的类型：SysV: init, CentOS 5之前, 配置文件： /etc/inittab。
Upstart: init,CentOS 6, 配置文件： /etc/inittab, /etc/init/*.conf。
Systemd： systemd, CentOS 7,配置文件： /usr/lib/systemd/system、 /etc/systemd/system。
内核引导当计算机打开电源后，首先是BIOS开机自检，按照BIOS中设置的启动设备（通常是硬盘）来启动。
操作系统接管硬件以后，首先读入 /boot 目录下的内核文件。
运行initinit 进程是系统所有进程的起点，你可以把它比拟成系统所有进程的老祖宗，没有这个进程，系统中任何进程都不会启动。
init 程序首先是需要读取配置文件 /etc/inittab。
运行级别许多程序需要开机启动。
它们在Windows叫做"服务"（service），在Linux就叫做"守护进程"（daemon）。
init进程的一大任务，就是去运行这些开机启动的程序。
但是，不同的场合需要启动不同的程序，比如用作服务器时，需要启动Apache，用作桌面就不需要。
Linux允许为不同的场合，分配不同的开机启动程序，这就叫做"运行级别"（runlevel）。
也就是说，启动时根据"运行级别"，确定要运行哪些程序。
Linux系统有7个运行级别(runlevel)：运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆运行级别2：多用户状态(没有NFS)运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式运行级别4：系统未使用，保留运行级别5：X11控制台，登陆后进入图形GUI模式运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动系统初始化在init的配置文件中有这么一行： si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit 它调用执行了/etc/rc.d/rc.sysinit，而rc.sysinit 是一个bash shell的脚本，它主要是完成一些系统初始化的工作，rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本。
走进Linux之systemd启动过程
走进Linux之systemd启动过程Linux系统的启动方式有点复杂，而且总是有需要优化的地方。
传统的Linux 系统启动过程主要由著名的init进程（也被称为SysV init启动系统）处理，而基于init的启动系统被认为有效率不足的问题，systemd是Linux系统机器的另一种启动方式，宣称弥补了以传统Linux SysV init为基础的系统的缺点。
在这里我们将着重讨论systemd的特性和争议，但是为了更好地理解它，也会看一下通过传统的以SysV init为基础的系统的Linux启动过程是什么样的。
友情提醒一下，systemd仍然处在测试阶段，而未来发布的Linux操作系统也正准备用systemd启动管理程序替代当前的启动过程（LCTT 译注：截止到本文发表，主流的Linux发行版已经有很多采用了systemd）。
理解Linux启动过程在我们打开Linux电脑的电源后第一个启动的进程就是init。
分配给init进程的PID是1。
它是系统其他所有进程的父进程。
当一台Linux电脑启动后，处理器会先在系统存储中查找BIOS，之后BIOS会检测系统资源然后找到第一个引导设备，通常为硬盘，然后会查找硬盘的主引导记录（MBR），然后加载到内存中并把控制权交给它，以后的启动过程就由MBR控制。
主引导记录会初始化引导程序（Linux上有两个著名的引导程序，GRUB和LILO，80%的Linux系统在用GRUB引导程序），这个时候GRUB或LILO会加载内核模块。
内核会马上查找/sbin下的“init”程序并执行它。
从这里开始init成为了Linux系统的父进程。
init 读取的第一个文件是/etc/inittab，通过它init会确定我们Linux操作系统的运行级别。
它会从文件/etc/fstab里查找分区表信息然后做相应的挂载。
然后init会启动/etc/init.d里指定的默认启动级别的所有服务/脚本。
LINUX系统的启动、运行和关闭PPT教学课件
init
建立用户接口
rc.sysinit rc
login
Shell
2020/12/12
用户执行Linux命令
+ 1.加载BIOS
（1）开机进BIOS首先会加电自检 BIOS即（Basic input output
System）,它是写入到主板上的一个软件 程序。
在GRUB中的文件名为hdo,代号为（hdo,4）; 在LINUX中的文件名为/dev/hda5,代号为(hd1,5)
Shell
用户执行Linux命令
2020/12/12
6
第1节 系统启动、运行和关闭
• 4.执行init进程
加电 加载BIOS
预引导（LILO/GRUB）
当内核加载完毕进行完硬件检测与驱动程序加载 后，主机硬件已经准备就绪，此时内核会主动调
（3）以查找顺序作为硬盘的代号，而不是依照 硬盘的物理排序 （4）第一个查找到的硬盘代号为0，第二个为1， 以此类推。
4
第1节 系统启动、运行和关闭
• 2.预引导（LILO/GRUB）与加载内核映像
加电 加载BIOS
预引导（LILO/GRUB）
由前述我们可知，第一块硬盘的MBR安装处的 硬盘代号就是（hdo）,而第一块硬盘的第一个分 区的代号就是（hd0,0）,第一块硬盘的第一个逻 辑分区代号为“（hdo,4）”.
BIOS是开机的时候计算机会主动去执 行的一个软件程序。
（2）然后计算机依据BIOS内的设置引导 顺序从硬盘（一般为硬盘，有时也为软 件或者光盘）中读入“主引导记录” （Master Boot Record）即MBR,然后将 其加载到物理内存中。
linux_mips启动流程_存储相关
Linux-mips启动流程-存储相关linux内核启动的第一个阶段是从/arch/mips/kernel/head.s文件开始的。
而此处正是内核入口函数kernel_entry(),该函数定义在/arch/mips/kernel/head.s文件里。
kernel_entry()函数是体系结构相关的汇编语言，它首先初始化内核堆栈段，来为创建系统中的第一个进程进行准备，接着用一段循环将内核映像的未初始化数据段（bss段在_edata和_end之间）清零，最后跳转到/arch/mips/kernel/setup.c 中的start_kernel()初始化硬件平台相关的代码。
下面讲述start_kernel() 函数。
在这个函数中跟内存初始化的函数是setup_arch()。
第一部分：以函数调用关系为线索下面是函数之间调用关系的框图：第一章：start_kenel()->setup_arch()setup_arch(&command_line);每种体系结构都有自己的setup_arch() 函数，这些是体系结构相关的。
【如何确定编译那个体系结构的setup_arch() 函数呢？主要由linux 源码树顶层Makefile 中ARCH 变量来决定的。
例如：MIPS 体系结构的。
SUBARCH := mipsARCH ?= $(SUBARCH)】。
void __init setup_arch(char **cmdline_p){cpu_probe();调用函数cpu_probe(),该函数通过MIPS CPU的PRID寄存器来确定CPU类型，从而确定使用的指令集和其他一些CPU参数，如TLB等prom_init();prom_init() 函数是和硬件相关的，做一些低层的初始化，接受引导装载程序传给内核的参数，确定mips_machgroup，mips_machtype 这两个变量，这两个变量分别对应着相应的芯片组合开发板；cpu_report();打印cpu_probe() 函数检测到的CPU 的Processor ID。
Linux系统引导过程及排除启动故障
Linux系统引导过程及排除启动故障⼀、Linux操作系统引导过程⼆、系统初始化进程1、init进程2、Systemd3、Systemd单元类型三、排除启动类故障【1】、修复MBR扇区故障（含实验过程）【2】、修复GRUB引导故障●⽅法⼆：进⼊急救模式，恢复GRUB引导程序（与MBR 引导扇区类似）●⽅法三：引导界⾯进⼊急救模式，重建GRUB菜单配置⽂件⽅案三实验四、遗忘root⽤户的密码实验过程⼀、Linux操作系统引导过程1．开机⾃检服务器主机开机以后，将根据主板BIOS中的设置对CPU、内存、显卡、键盘等设备进⾏初步检测，检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权，⼤多时候会移交给本机硬盘。
总结：检测出第⼀个能够引导系统的设备，⽐如硬盘或者光驱2．MBR 引导当从本机硬盘中启动系统时，⾸先根据硬盘第⼀个扇区中MBR（主引导记录）的设置，将系统控制权传递给包含操作系统引导⽂件的分区；或者直接根据MBR 记录中的引导信息调⽤启动菜单（如 GRUB）。
总结：运⾏放在MBR扇区⾥的启动GRUB引导程序3．GRUB 菜单对于Linux操作系统来说，GRUB（统⼀启动加载器）是使⽤最为⼴泛的多系统引导器程序。
系统控制权传递给GRUB以后，将会显⽰启动菜单给⽤户选择，并根据所选项（或采⽤默认值）加载Linux内核⽂件，然后将系统控制权转交给内核。
CentOS 7 采⽤的是 GRUB2 启动引导器。
总结：GRUB引导程序通过读取GRUB配置⽂件/boot/grub2/grub.cfg，来获取内核和镜像⽂件系统的设置和路径位置4．加载 Linux 内核Linux内核是⼀个预先编译好的特殊⼆进制⽂件，介于各种硬件资源与系统程序之间，负责资源分配与调度。
内核接过系统控制权以后，将完全掌控整个Linux操作系统的运⾏过程。
CentOS 7系统中，默认的内核⽂件位于“/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64”。
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Linux系统启动过程分析by 王斌斌binbinwang118@Linux系统启动过程分析操作系统的启动过程，实际上是控制权移交的过程。
Linux 系统启动包含四个主要的阶段：BIOS initialization, boot loader, kernel initialization, and init startup.见下图：阶段一、BIOS initialization，主要功能如下：1.Peripherals detected2.Boot device selected3.First sector of boot device read and executed系统上电开机后，主板BIOS（Basic Input / Output System）运行POST（Power on self test）代码，检测系统外围关键设备（如：CPU、内存、显卡、I/O、键盘鼠标等）。
硬件配置信息及一些用户配置参数存储在主板的CMOS( Complementary Metal Oxide Semiconductor)上（一般64字节），实际上就是主板上一块可读写的RAM芯片，由主板上的电池供电，系统掉电后，信息不会丢失。
执行POST代码对系统外围关键设备检测通过后，系统启动自举程序，根据我们在BIOS中设置的启动顺序搜索启动驱动器（比如的硬盘、光驱、网络服务器等）。
选择合适的启动器，比如通常情况下的硬盘设备，BIOS会读取硬盘设备的第一个扇区（MBR，512字节），并执行其中的代码。
实际上这里BIOS并不关心启动设备第一个扇区中是什么内容，它只是负责读取该扇区内容、并执行，BIOS的任务就完成了。
此后将系统启动的控制权移交到MBR部分的代码。
注：在我们的现行系统中，大多关键设备都是连在主板上的。
因此主板BIOS提供了一个操作系统（软件）和系统外围关键设备（硬件）最底级别的接口，在这个阶段，检测系统外围关键设备是否准备好，以供操作系“”统使用。
阶段二、Boot Loader关于Boot Loader，简单的说就是启动操作系统的程序，如grub，lilo，也可以将boot loader本身看成一个小系统。
The BIOS invokes the boot loader in one of two ways:1.It pass control to an initial program loader (IPL) installed within a driver's Master Boot Record(MBR)2.It passes control to another boot loader, which passes control to an IPL installed within apartition's boot sector.In either case, the IPL must exist within a very small space, no larger than 446 bytes. Therefore, the IPL for GRUB is merely a first stage, whose sole task is to locate and load a second stage boot loader, which does most of the work to boot the system.There are two possible ways to configure boot loaders:Primary boot loader: Install the first stage of your Linux boot loader into the MBR. The boot loader must be configure to pass control to any other desired operating systems.Secondary boot loader: Install the first stage of your Linux boot loader into the boot sector of some partition. Another boot loader must be installed into the MBR, and configured to pass control to your Linux boot loader.假设Boot Loader 为grub (grub-0.97)，其引导系统的过程如下：grub 分为stage1 (stage1_5) stage2两个阶段。
stage1 可以看成是initial program loaderI（IPL），而stage2则实现了grub 的主要功能，包括对特定文件系统的支持（如ext2,ext3，reiserfs等），grub自己的shell，以及内部程序（如：kernrl，initrd，root ）等。
stage 1：MBR（512 字节，0头0道1扇区），前446字节存放的是stage1，后面存放硬盘分区表信息，BIOS 将stag1载入内存中0x7c00 处并跳转执行。
stage1（/stage1/stage.S）的任务非常但存，仅仅是将硬盘0头0道2扇区读入内存。
0头0道2扇区内容是源代码中的/stage2/start.S，编译后512字节，它是stage2或者stage1_5的入口。
注：此时stage1是没有能力识别文件系统的，其定位硬盘0头0道2扇区过程如下：BIOS将stage1载入内存0x7c00处并执行，然后调用BIOS INIT13 中断，将硬盘0头0道2扇区内容载入内存0x7000处，然后调用copy_buffer将其转移到内存0x8000处。
定位0头0道2扇区有两种寻址方式：LBA、CHS，代码如下：start.S : st art.S的主要功能是将stage2 或stage1_5 从硬盘载入内存，如果是stage2，则载入0x8200注：这里的stage2 或者stage1_5 不是 /boot 分区/boot/grub目录下的文件，这个时候grub 还没有能力识别任何文件系统。
分以下两种情况：（1）假如start.S 读取的是stage1_5，它存放在硬盘0头0道3扇区向后的位置，stage1_5作为stage1和stage2中间的桥梁，stage1_5有识别文件系统的能力，此后，grub 才有能力去访问 /boot 分区/boot/grub 目录下的stage2 文件，将stage2载入内存并执行。
（2）假如start.S 读取的是stage2，同样，这个stage2 也不是/boot 分区/boot/grub 目录下的stage2，这个时候start.S读取的是存放在/boot 分区Boot Sector的stage2。
这种情况下就有一个限制：因为start.S通过BIOS中断方式直接对硬盘寻址（而非通过访问具体的文件系统），其寻址范围有限，限制在8GB以内。
因此这种情况需要将/boot 分区分在硬盘8GB寻址空间之前。
如下图：trouble shootting：很明显，假如是情形（2），我们将/boot/grub目录下的内容清空，依然能成功启动grub；假如是情形（1），将/boot/grub目录下stage2删除后，则系统启动过程中grub会启动失败。
stage2，如上所说，start.S作为stage2或者stage1_5的入口，最终都会把stage2载入内存并执行。
stage2作为grub 的主要功能实现，其存放于具体的文件系统下，如/boot/grub/stage2，也可存放于/boot分区的boot sector。
下面分析stage2过程。
stage2的入口是asm.S(/stage2/asm.S)，asm.S文件对一些变量做初始化，如config_file，参见如下代/boot/grub/menu.lst。
在asm.S 之前都是汇编语言，这部分汇编代码很重要的工作是完成了C语言环境的初始还，从汇编进化到C。
asm.S中会调用init_bios_info (void)，这是整个C语言代码的入口，在/stage2/common.c中定义。
不论是图形菜单选选择相应的启动项，还是在grub> shell下执行相应的指令。
都由find_command() 函数在struct builtin *builtin_table[]变量中找相应的指令，然后执行对应指令的XXX_func()函数，都是static类型的函数。
其主要代码如下：阶段三、Kernel Initialization如阶段2所述，grub>boot 指令后，系统启动的控制权移交给kernel。
Kernel会立即初始化系统中各设备并做相关配置工作，其中包括CPU、I/O、存储设备等（关于Kernel这部分工作，具体怎么处理不清楚）。
关于设备驱动加载，有两部分：一部分设备驱动编入Linux Kernel中，Kernel会调用这部分驱动初始化相关设备，同时将日志输出到kernel message buffer，系统启动后，dmesg可以查看到这部分输出信息。
另外有一部分设备驱动并没有编入Kernel，而是作为模块形式放在initrd(ramdisk)中。
下面详述一下initrd。
在2.6内核中，支持两种格式的initrd，一种是2.4内核的文件系统镜像image-initrd，一种是cpio格式。
以cpio 格式为例，内核判断initrd为cpio的文件格式后，会将initrd 中的内容释放到rootfs中。
initrd 一种基于内存的文件系统，启动过程中，系统在访问真正的根文件系统/ 时，会先访问initrd文件系统。
将initrd中的内容打开来看，会发现有bin、devetc、lib、procsys、sysroot、init等文件（包含目录）。
其中包含了一些设备的驱模拟块，比如scsi ata等设备驱动模块，同时还有几个基本的可执行程序insmod, modprobe, lvm，nash。
主要目的是加载一些存储介质的驱动模块，如上面所说的scsi ideusb等设备驱动模块，初始化LVM，把/ 根文件系统以只读方式挂载。
initrd中的内容释放到rootfs中后，Kernel会执行其中的init文件，这里的init是一个脚本，由nash解释器执行。
这个时候内核的控制权移交给init文件处理，我们查看init文件的内容，主要也是加载各种存储介质相关的设备驱动。