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2014.07

概述

圖1 linux系統(tǒng)過程big view

第一階段引導(dǎo)加載程序

MBR 中的主引導(dǎo)加載程序是一個 512 字節(jié)大小的映像，其中包含程序代碼和一個小分區(qū)表（參見圖 2）。前 446 個字節(jié)是主引導(dǎo)加載程序，其中包含可執(zhí)行代碼和錯誤消息文本。接下來的 64 個字節(jié)是分區(qū)表，其中包含 4 個分區(qū)的記錄（每個記錄的大小是 16 個字節(jié)）。MBR 以兩個特殊數(shù)字的字節(jié)（0xAA55）結(jié)束。這個數(shù)字會用來進(jìn)行 MBR 的有效性檢查。

第二階段引導(dǎo)加載程序

次引導(dǎo)加載程序（第二階段引導(dǎo)加載程序）可以更形象地稱為內(nèi)核加載程序。這個階段的任務(wù)是加載 Linux 內(nèi)核和可選的初始 RAM 磁盤。

關(guān)于 GRUB，很好的一件事情是它包含了有關(guān) Linux 文件系統(tǒng)的知識。GRUB 不像 LILO 一樣使用裸扇區(qū)，而是可以從 ext2 或 ext3 文件系統(tǒng)中加載 Linux 內(nèi)核。它是通過將兩階段的引導(dǎo)加載程序轉(zhuǎn)換成三階段的引導(dǎo)加載程序來實現(xiàn)這項功能的。階段 1 （MBR）引導(dǎo)了一個階段 1.5 的引導(dǎo)加載程序，它可以理解包含 Linux 內(nèi)核映像的特殊文件系統(tǒng)。這方面的例子包括reiserfs_stage1_5（要從 Reiser 日志文件系統(tǒng)上進(jìn)行加載）或 e2fs_stage1_5（要從 ext2 或 ext3 文件系統(tǒng)上進(jìn)行加載）。當(dāng)階段 1.5 的引導(dǎo)加載程序被加載并運行時，階段 2 的引導(dǎo)加載程序就可以進(jìn)行加載了。

當(dāng)階段 2 加載之后，GRUB 就可以在請求時顯示可用內(nèi)核列表（在 /etc/grub.conf 中進(jìn)行定義，同時還有幾個軟符號鏈接/etc/grub/menu.lst 和 /etc/grub.conf）。我們可以選擇內(nèi)核甚至修改附加內(nèi)核參數(shù)。另外，我們也可以使用一個命令行的 shell 對引導(dǎo)過程進(jìn)行高級手工控制。

將第二階段的引導(dǎo)加載程序加載到內(nèi)存中之后，就可以對文件系統(tǒng)進(jìn)行查詢了，并將默認(rèn)的內(nèi)核映像和 initrd 映像加載到內(nèi)存中。當(dāng)這些映像文件準(zhǔn)備好之后，階段 2 的引導(dǎo)加載程序就可以調(diào)用內(nèi)核映像了。

內(nèi)核

圖3 linux內(nèi)核i386引導(dǎo)函數(shù)流程

通過調(diào)用 start_kernel，會調(diào)用一系列初始化函數(shù)來設(shè)置中斷，執(zhí)行進(jìn)一步的內(nèi)存配置，并加載初始 RAM 磁盤。最后，要調(diào)用kernel_thread（在 arch/i386/kernel/process.c 中）來啟動 init 函數(shù)，這是第一個用戶空間進(jìn)程（user-space process）。最后，啟動空任務(wù)，現(xiàn)在調(diào)度器就可以接管控制權(quán)了（在調(diào)用 cpu_idle 之后）。通過啟用中斷，搶占式的調(diào)度器就可以周期性地接管控制權(quán)，從而提供多任務(wù)處理能力。

在內(nèi)核引導(dǎo)過程中，初始 RAM 磁盤（initrd）是由階段 2 引導(dǎo)加載程序加載到內(nèi)存中的，它會被復(fù)制到 RAM 中并掛載到系統(tǒng)上。這個initrd 會作為 RAM 中的臨時根文件系統(tǒng)使用，并允許內(nèi)核在沒有掛載任何物理磁盤的情況下完整地實現(xiàn)引導(dǎo)。由于與外圍設(shè)備進(jìn)行交互所需要的模塊可能是 initrd 的一部分，因此內(nèi)核可以非常小，但是仍然需要支持大量可能的硬件配置。在內(nèi)核引導(dǎo)之后，就可以正式裝備根文件系統(tǒng)了（通過 pivot_root）：此時會將 initrd 根文件系統(tǒng)卸載掉，并掛載真正的根文件系統(tǒng)。

initrd 函數(shù)讓我們可以創(chuàng)建一個小型的 Linux 內(nèi)核，其中包括作為可加載模塊編譯的驅(qū)動程序。這些可加載的模塊為內(nèi)核提供了訪問磁盤和磁盤上的文件系統(tǒng)的方法，并為其他硬件提供了驅(qū)動程序。由于根文件系統(tǒng)是磁盤上的一個文件系統(tǒng)，因此 initrd 函數(shù)會提供一種啟動方法來獲得對磁盤的訪問，并掛載真正的根文件系統(tǒng)。在一個沒有硬盤的嵌入式環(huán)境中，initrd 可以是最終的根文件系統(tǒng)，或者也可以通過網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）來掛載最終的根文件系統(tǒng)

Init

當(dāng)內(nèi)核被引導(dǎo)并進(jìn)行初始化之后，內(nèi)核就可以啟動自己的第一個用戶空間應(yīng)用程序了。這是第一個調(diào)用的使用標(biāo)準(zhǔn) C 庫編譯的程序。在此之前，還沒有執(zhí)行任何標(biāo)準(zhǔn)的 C 應(yīng)用程序。

在桌面 Linux 系統(tǒng)上，第一個啟動的程序通常是 /sbin/init。但是這不是一定的。很少有嵌入式系統(tǒng)會需要使用 init 所提供的豐富初始化功能（這是通過 /etc/inittab 進(jìn)行配置的）。在很多情況下，我們可以調(diào)用一個簡單的 shell 腳本來啟動必需的嵌入式應(yīng)用程序。