程序員在面試過程中，也經(jīng)常會(huì)被問到 Linux 系統(tǒng)的啟動(dòng)流程，面試官借此考察候選人對 Linux 操作系統(tǒng)的掌握程度。本篇文章按照「概覽->詳解」的結(jié)構(gòu)，逐步梳理 Linux 的十個(gè)啟動(dòng)階段，方便學(xué)習(xí)與復(fù)述。

一、Linux 系統(tǒng)啟動(dòng)過程概覽

Linux 系統(tǒng)啟動(dòng)過程如下：

第一步：開機(jī)自檢，加載 BIOS；

第二步：讀取 MBR；

第三步：Boot Loader（如 GRUB）引導(dǎo)菜單；

第四步：加載 Kernel 內(nèi)核；

第五步：init 進(jìn)程讀取 inittab，設(shè)定運(yùn)行級別；

第六步：init 進(jìn)程執(zhí)行 rc.sysinit；

第七步：加載內(nèi)核模塊；

第八步：執(zhí)行對應(yīng)運(yùn)行級別的腳本；

第九步：執(zhí)行 /etc/rc.d/rc.local；

第十步：啟動(dòng) /bin/login，進(jìn)入登錄界面。

二、Linux 系統(tǒng)啟動(dòng)過程詳解

1. 啟動(dòng)第一步：開機(jī)自檢，加載 BIOS

開機(jī)后，主板固件（BIOS/UEFI）完成 POST（加電自檢），搜集 CPU、內(nèi)存、硬盤、啟動(dòng)順序等信息，為后續(xù)引導(dǎo)做好硬件準(zhǔn)備。

2. 啟動(dòng)第二步：讀取 MBR

硬盤第 0 磁道第 1 扇區(qū)（512 B）為主引導(dǎo)記錄 MBR（Master Boot Record），內(nèi)含啟動(dòng)代碼與分區(qū)表。系統(tǒng)把該扇區(qū)復(fù)制到 0x7C00 地址并執(zhí)行，其中的啟動(dòng)代碼即 Boot Loader 的第一階段。

3. 啟動(dòng)第三步：Boot Loader

Boot Loader 就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過這段小程序，我們可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核做好一切準(zhǔn)備。

Boot Loader 有若干種，其中 Grub、LILO 和 Syslinux 是常見的 Loader。我們以 Grub 為例來講解吧，畢竟用 LILO 和 Syslinux 的人并不多。系統(tǒng)讀取內(nèi)存中的 Grub 配置信息（一般為 menu.lst 或 grub.lst），并依照此配置信息來啟動(dòng)不同的操作系統(tǒng)。

4. 啟動(dòng)第四步：加載內(nèi)核

根據(jù) grub 設(shè)定的內(nèi)核映像所在路徑，系統(tǒng)讀取內(nèi)存映像，并進(jìn)行解壓縮操作。此時(shí)，屏幕一般會(huì)輸出“Uncompressing Linux”的提示。當(dāng)解壓縮內(nèi)核完成后，屏幕輸出“OK, booting the kernel”。

系統(tǒng)將解壓后的內(nèi)核放置在內(nèi)存之中，并調(diào)用 start_kernel() 函數(shù)來啟動(dòng)一系列的初始化函數(shù)并初始化各種設(shè)備，完成 Linux 核心環(huán)境的建立。至此，Linux 內(nèi)核已經(jīng)建立起來了，基于 Linux 的程序應(yīng)該可以正常運(yùn)行了。

5. 啟動(dòng)第五步：init 讀取 inittab，設(shè)定運(yùn)行級別

內(nèi)核被加載后，第一個(gè)運(yùn)行的程序便是 /sbin/init（/sbin/init -> ../lib/systemd/systemd），該文件會(huì)讀取 /etc/inittab 文件，并依據(jù)此文件來進(jìn)行初始化工作。其實(shí) /etc/inittab 文件最主要的作用就是設(shè)定 Linux 的運(yùn)行等級，其設(shè)定形式是“：id:5:initdefault:”，這就表明 Linux 需要運(yùn)行在等級 5 上。

Linux 的運(yùn)行等級設(shè)定如下：

• 0：關(guān)機(jī)
• 1：單用戶模式
• 2：無網(wǎng)絡(luò)支持的多用戶模式
• 3：有網(wǎng)絡(luò)支持的多用戶模式
• 4：保留，未使用
• 5：有網(wǎng)絡(luò)支持有 X-Window 支持的多用戶模式
• 6：重新引導(dǎo)系統(tǒng)，即重啟

6. 啟動(dòng)第六步：init 執(zhí)行 rc.sysinit

在設(shè)定了運(yùn)行等級后，Linux 系統(tǒng)執(zhí)行的第一個(gè)用戶層文件就是 /etc/rc.d/rc.sysinit 腳本程序，它做的工作非常多，包括設(shè)定 PATH、設(shè)定網(wǎng)絡(luò)配置（/etc/sysconfig/network）、啟動(dòng) swap 分區(qū)、設(shè)定 /proc 等等。如果你有興趣，可以到 /etc/rc.d 中查看一下 rc.sysinit 文件，里面的腳本夠你看幾天的

7. 啟動(dòng)第七步：加載內(nèi)核模塊

init 根據(jù) /etc/modules.conf 或 /etc/modules.d 下的配置文件，調(diào)用 modprobe 自動(dòng)裝載所需內(nèi)核模塊。

8. 啟動(dòng)第八步：執(zhí)行對應(yīng)運(yùn)行級別腳本

根據(jù)運(yùn)行級別的不同，系統(tǒng)會(huì)運(yùn)行 rc0.d 到 rc6.d 中的相應(yīng)的腳本程序，來完成相應(yīng)的初始化工作和啟動(dòng)相應(yīng)的服務(wù)。

9. 啟動(dòng)第九步：執(zhí)行 /etc/rc.d/rc.local

你如果打開了此文件，里面有一句話，讀過之后，你就會(huì)對此命令的作用一目了然：

# This script will be executed after all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don’t
# want to do the full Sys V style init stuff.

rc.local 就是在一切初始化工作后，Linux 留給用戶進(jìn)行個(gè)性化的地方。你可以把你想設(shè)置和啟動(dòng)的東西放到這里。

10. 啟動(dòng)第十步：啟動(dòng) /bin/login，進(jìn)入登錄界面

系統(tǒng)最終調(diào)用 /sbin/agetty + /bin/login（或圖形登錄管理器）等待用戶輸入用戶名與密碼；驗(yàn)證通過后，啟動(dòng)流程宣告結(jié)束，用戶獲得 shell 或桌面會(huì)話。