无论是服务器、工作站,还是嵌入式系统,Linux都展现出了强大的生命力和适应能力
然而,要充分利用Linux系统的优势,深入理解其启动顺序至关重要
本文将详细解析Linux系统的启动过程,帮助读者掌握从按下电源键到进入用户界面的每一个关键环节
一、BIOS/UEFI初始化 一切始于按下计算机的电源键
在这一瞬间,计算机硬件开始通电,并立即进入BIOS(基本输入输出系统)或UEFI(统一可扩展固件接口)的初始化阶段
BIOS/UEFI是计算机硬件与操作系统之间的桥梁,负责完成硬件自检(POST,Power-On Self-Test)、加载启动程序等关键任务
- 硬件自检:POST阶段,BIOS/UEFI会检查计算机的各个硬件组件,如CPU、内存、硬盘等,确保它们正常工作
如果发现问题,系统会发出警报声或显示错误信息
- 查找启动设备:完成自检后,BIOS/UEFI会根据用户设置的启动顺序,在连接的存储设备上查找有效的启动扇区或启动分区
二、MBR/GPT引导加载 根据BIOS/UEFI找到的第一个启动设备,系统接下来会读取该设备上的主引导记录(MBR)或GUID分区表(GPT)的引导记录
这是启动过程的第二个关键阶段
- MBR:对于使用MBR的硬盘,引导加载程序位于硬盘的第一个扇区(512字节)
这个小程序负责定位并加载操作系统的内核
- GPT:GPT硬盘的引导加载程序则稍微复杂一些,它位于一个特定的分区(通常是EFI系统分区)中,并且包含了一个或多个引导加载项
在这一阶段,无论是MBR还是GPT,最终的目标都是找到并加载Linux系统的内核镜像
三、Linux内核加载 内核是Linux操作系统的核心,负责管理硬件资源、提供系统调用接口等
加载内核是启动过程中的一个重要里程碑
- 内核镜像:内核镜像文件(通常是vmlinuz或`vmlinux`)包含了内核的代码和必要的初始化数据
在MBR/GPT引导加载程序的指引下,这个文件被从硬盘读取到内存中
- 初始化:加载完成后,内核开始执行,进行一系列的初始化操作,包括内存管理、设备驱动加载、进程创建等
四、init进程启动 Linux系统启动的下一个关键点是init进程的创建
init进程(也称为PID 1进程)是系统的第一个用户态进程,负责启动其他系统进程和服务
- SysVinit与systemd:传统上,Linux使用SysVinit作为初始化系统
然而,现代Linux发行版大多采用了更先进的systemd
无论是SysVinit还是systemd,它们的主要职责都是根据配置文件(如`/etc/inittab`或systemd的单元文件)启动和管理系统服务
- 运行级别:SysVinit使用运行级别(runlevels)来定义系统的运行状态,如多用户模式、图形界面模式等
systemd则使用目标(targets)来替代运行级别,提供了更灵活和强大的管理功能
五、系统服务启动 随着init进程的启动,系统开始根据配置加载和启动各种服务
这些服务可能包括网络服务、图形界面、日志记录等
- 服务管理:在SysVinit下,服务通常由`/etc/rc.d/`目录下的脚本管理
而在systemd中,服务则由单元文件(通常位于`/etc/systemd/system/`或`/lib/systemd/system/`目录下)定义和管理
- 并行启动:systemd引入了一个重要的改进——服务并行启动
这意味着多个服务可以同时启动,从而显著缩短了系统启动时间
六、用户登录界面 当所有必要的系统服务都启动完毕后,Linux系统通常会提供一个用户登录界面
这个界面可以是文本模式的登录提示符,也可以是图形界面的登录窗口
- getty与agetty:在文本模式下,getty或agetty程序负责监听虚拟终端并显示登录提示符
- 显示管理器:在图形界面下,显示管理器(如GDM、LightDM等)负责显示图形登录窗口,并管理用户会话
七、用户登录与会话管理 用户通过登录界面输入用户名和密码,完成身
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