1.开机流程

 

  1. 载入 BIOS 的硬件信息与进行自我测试，并依据设定取得第一个可开机的设备；
  2. 读取并执行第一个开机设别内 MBR 的 boot Loader (亦即是 grub, spfdisk 等程式)；
  3. 依据 boot loader 的设定载入 Kernel ，Kernel 会开始侦测硬件与载入驱动程序；
  4. 在硬件驱动成功后，Kernel 会主动呼叫init程式，而init会取得run-level信息；
  5. init 执行 /etc/rc.d/rc.sysinit文件来准备软件执行的作业环境 (如网路、时区等)；
  6. init 根据 run-level 来启动服务 (script方式)；
  7. init 执行 /etc/rc.d/rc.local 文件；
  8. init 执行终端机模拟程式 mingetty 来启动 login 程式，最后就等待使用者登入啦；

grub的过程：

开机流程_开机

MBR 使用 Linux 的 grub 这个开机管理程式，并且里面假设已经有了三个选单， 第一个选单可以直接指向 Linux 的核心档案并且直接载入核心来开机；第二个选单可以将开机管理程式控制权交给 Windows 来管理，此时 Windows 的 loader 会接管开机流程，这个时候他就能够启动 windows 了。第三个选单则是使用 Linux 在 boot sector 内的开机管理程式，此时就会跳出另一个 grub 的选单啦

 

2.载入核心

我们可以先看下/boot下面的重要文件

  1. [root@www ~]# ls --format=single-column -F /boot 
  2. config-2.6.18-92.el5      <==此版本核心被编译时选择的功能与模组设定档 
  3. grub/                     <==就是开机管理程式 grub 相关资料目录 
  4. initrd-2.6.18-92.el5.img  <==虚拟档案系统档！ 
  5. System.map-2.6.18-92.el5  <==核心功能放置到记忆体位址的对应表 
  6. vmlinuz-2.6.18-92.el5     <==就是核心档案啦！最重要者！ 

Linux 核心是可以透过动态载入核心模块的 (就请想成驱动程式即可)，这些核心模块就放置在 /lib/modules/ 目录内，但问题是USB, SATA, SCSI... 等硬盘设备的驱动程序通常都是以模块的方式存在的，如果没有SATA的驱动，就无法识别硬盘挂载根目录，也就无法去读取驱动模块。那怎么办呢？可以透过虚拟文件系统来处理这个问题。

 

虚拟文件系统 (Initial RAM Disk) 一般使用的档名为 /boot/initrd ，这个文件的特色是，他也能够透过 boot loader 来载入到记忆体中， 然后这个文件会被解压缩并且在记忆体当中模拟成一个根目录， 且此模拟在内存当中的文件系统能够提供一支可执行的程序，透过该程序来载入开机过程中所最需要的核心模块， 通常这些模块就是 USB, RAID, LVM, SCSI 等文件系统与硬盘介面的驱动程序啦！等载入完成后， 会帮助核心重新呼叫 /sbin/init 来开始后续的正常开机流程

不过，如果用的是IDE硬盘，不需要initrd也可以开机。

 

当核心完整载入后，就要开始执行系统的第一支程序： /sbin/init

 

/sbin/init 最主要的功能就是准备软体执行的环境，包括系统的主机名称、网路设定、语系处理、档案系统格式及其他服务的启动等。 而所有的动作都会透过 init 的设定档，亦即是 /etc/inittab 来规划，而 inittab 内还有一个很重要的设定项目，那就是预设的 runlevel (开机执行等级)

 

run level 分为 7 个等级，分别是：

  • 0 - halt (系统直接关机)
  • 1 - single user mode (单人维护模式，用在系统出问题时的维护)
  • 2 - Multi-user, without NFS (类似底下的 runlevel 3，但无 NFS 服务)
  • 3 - Full multi-user mode (完整含有网路功能的纯文字模式)
  • 4 - unused (系统保留功能)
  • 5 - X11 (与 runlevel 3 类似，但加载使用 X Window)
  • 6 - reboot (重新开机)

/etc/inittab 会使用 /etc/rc.d/rc.sysinit 进行系统初始化，

使用/etc/rc.d/rc N 这个命令来启动不同level下的服务，etc/rc.d/rc 这个文件：

  • 透过外部第一号参数 ($1) 来取得想要执行的脚本目录。亦即由 /etc/rc.d/rc 5 可以取得 /etc/rc5.d/ 这个目录来准备处理相关的脚本程式；
  • 找到 /etc/rc5.d/K??* 开头的档案，并进行‘ /etc/rc5.d/K??* stop ’的动作；
  • 找到 /etc/rc5.d/S??* 开头的档案，并进行‘ /etc/rc5.d/S??* start ’的动作；

/etc/rc5.d/[SK]xx 都是链接文件，其实就是 /etc/init.d/ 相对应的服务脚本

 

使用/etc/rc.d/rc.local来打开使用者自定义开机启动程序

 

开机过程中会使用到的配置文件

/etc/modprobe.conf， 关于模块的，系统自动产生，一般不需要手动修改

/etc/sysconfig/* ，里面有很多配置信息

 

 Run level 的切换

 

  1. 要每次开机都执行某个预设的 run level ，则需要修改 /etc/inittab 内的设定项目， 亦即是‘ id:5:initdefault: ’里头的数字啊；
     
  2. 如果仅只是暂时变更系统的 run level 时，则使用 init [0-6] 来进行 run level 的变更。 但下次重新开机时，依旧会是以 /etc/inittab 的设定为准。

 

 

 

3.核心与核心模块

 

在整个开机的过程当中，是否能够成功的驱动我们主机的硬体配备，是核心 (kernel) 的工作！而核心一般都是压缩档，因此在使用核心之前，就得要将他解压缩后， 才能载入主记忆体当中。

另外，为了应付日新月异的硬体，目前的核心都是具有‘可读取模块化驱动程序’的功能， 亦即是所谓的‘ modules (模块化)’的功能啦！所谓的模组化可以将他想成是一个‘外挂程式’， 该外挂程式可能由硬体开发厂商提供，也有可能我们的核心本来就支援～不过，较新的硬体， 通常都需要硬体开发商提供驱动程式模组啦！

那么核心与核心模块放在哪？

  • 核心： /boot/vmlinuz 或 /boot/vmlinuz-version；
  • 核心解压缩所需 RAM Disk： /boot/initrd (/boot/initrd-version)；
  • 核心模块：/lib/modules/version/kernel 或 /lib/modules/$(uname -r)/kernel；
  • 核心原始码： /usr/src/linux 或 /usr/src/kernels/ (要安装才会有，预设不安装)

 

 如果我有个新的硬体，偏偏我的操作系统不支援，该怎么办？很简单啊！

  • 重新编译核心，并加入最新的硬件驱动程序源代码；
  • 将该硬件的驱动程序编译成为模组，在开机时载入该模组

 

核心模组与相依性：

要处理核心模组，自然就得要了解我们核心提供的模块之间的相关性，核心模组的放置处是在 /lib/modules/$(uname -r)/kernel 当中，里面主要还分成几个目录：

  1. arch    ：与硬件平台有关的项目，例如 CPU 的等级等等； 
  2. crypto  ：核心所支援的加密的技术，例如 md5 或者是 des 等等； 
  3. drivers ：一些硬体的驱动程式，例如显示卡、网路卡、PCI 相关硬体等等； 
  4. fs  ：核心所支援的 filesystems ，例如 vfat, reiserfs, nfs 等等； 
  5. lib ：一些函式库； 
  6. net ：与网路有关的各项协定资料，还有防火墙模组 (net/ipv4/netfilter/*) 等等； 
  7. sound   ：与音效有关的各项模组； 

 

  1. [root@www ~]# modprobe [-lcfr] module_name 
  2. 选项与参数： 
  3. -c  ：列出目前系统所有的模组！(更详细的代号对应表) 
  4. -l  ：列出目前在 /lib/modules/`uname -r`/kernel 当中的所有模组完整档名； 
  5. -f  ：强制载入该模组； 
  6. -r  ：类似 rmmod ，就是移除某个模组啰～ 
  7.  
  8. 范例一：载入 cifs 模组 
  9. [root@www ~]# modprobe cifs 
  10. # 很方便吧！不需要知道完整的模组档名，这是因为该完整档名已经记录到 
  11. # /lib/modules/`uname -r`/modules.dep 当中的缘故啊！如果要移除的话： 
  12. [root@www ~]# modprobe -r cifs 

/lib/modules/$(uname -r)/modules.dep 这个档案记录了在核心支援的模组的各项相依性。利用 depmod 这个指令可以建立（更新）该档案

  1. [root@www ~]# depmod [-Ane] 
  2. 选项与参数： 
  3. -A  ：不加任何参数时， depmod 会主动的去分析目前核心的模组，并且重新写入 
  4.       /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep 当中。若加入 -A 参数时，则 depmod 
  5.       会去搜寻比 modules.dep 内还要新的模组，如果真找到新模组，才会更新。 
  6. -n  ：不写入 modules.dep ，而是将结果输出到萤幕上(standard out)； 
  7. -e  ：显示出目前已载入的不可执行的模组名称 
  8.  
  9. 范例一：若我做好一个网路卡驱动程式，档名为 a.ko，该如何更新核心相依性？ 
  10. [root@www ~]# cp a.ko /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/net 
  11. [root@www ~]# depmod 

 

核心模块的观察：

查看目前核心载入了多少的模块 ：lsmod

查看模块的详细信息

  1. [root@www ~]# modinfo [-adln] [module_name|filename] 
  2. 选项与参数： 
  3. -a  ：仅列出作者名称； 
  4. -d  ：仅列出该 modules 的说明 (description)； 
  5. -l  ：仅列出授权 (license)； 
  6. -n  ：仅列出该模组的详细路径。 

 

核心模块的载入与移除：

insmod和rmmod两个命令可以载入和移除，但是insmod不会分析模块的依赖关系，而且这两个命令必须要自行找到模组的完整档名才行，不是很方便。

  1. [root@www ~]# modprobe [-lcfr] module_name 
  2. 选项与参数： 
  3. -c  ：列出目前系统所有的模组！(更详细的代号对应表) 
  4. -l  ：列出目前在 /lib/modules/`uname -r`/kernel 当中的所有模组完整档名； 
  5. -f  ：强制载入该模组； 
  6. -r  ：类似 rmmod ，就是移除某个模组啰～ 
  7.  
  8. 范例一：载入 cifs 模组 
  9. [root@www ~]# modprobe cifs 
  10. # 很方便吧！不需要知道完整的模组档名，这是因为该完整档名已经记录到 
  11. # /lib/modules/`uname -r`/modules.dep 当中的缘故啊！如果要移除的话： 
  12. [root@www ~]# modprobe -r cifs 

因为他是直接去搜寻 modules.dep 的纪录， 所以可以克服模组的相依性问题，而且还不需要知道该模组的详细路径

 

4.Boot Loader: Grub

boot loader 是载入内核的重要工具，没有 boot loader 的话，那么 kernel 根本就没有办法被系统载入。grub是目前最流行的boot loader。

 

在 BIOS 读完信息后，接下来就是会到第一个开机装置的 MBR 去读取 boot loader 了。这个 boot loader 可以具有选单功能、直接载入核心档案以及控制权移交的功能等， 系统必须要有 loader 才有办法载入该作业系统的核心就是了。但是我们都知道， MBR 是整个硬盘的第一个 sector 内的一个区块，充其量整个大小也才 446 bytes 而已。 我们的 loader 功能这么强，光是程序代码与设定资料不可能只占不到 446 bytes 的容量吧？那如何安装？

为了解决这个问题，所以 Linux 将 boot loader 的程序执行与设定值载入分成两个阶段 (stage) 来执行：

  • Stage 1：执行 boot loader 主程序：
    第一阶段为执行 boot loader 的主程式，这个主程式必须要被安装在开机区，亦即是 MBR 或者是 boot sector 。但如前所述，因为 MBR 实在太小了，所以，MBR 或 boot sector 通常仅安装 boot loader 的最小主程式， 并没有安装 loader 的相关设定档；
     
  • Stage 2：主程式载入设定档：
    第二阶段为透过 boot loader 载入所有设定档与相关的环境参数档案 (包括档案系统定义与主要设定档 menu.lst)， 一般来说，设定档都在 /boot 底下。

 

 

initrd 的重要性与建立新 initrd 档案：

initrd的目的在于提供开机过程中所需要的最重要核心模组，以让系统开机过程可以顺利完成。 会需要 initrd 的原因，是因为核心模组放置于 /lib/modules/$(uname -r)/kernel/ 当中， 这些模组必须要根目录 (/) 被挂载时才能够被读取。但是如果核心本身不具备磁碟的驱动程式时， 当然无法挂载根目录，也就没有办法取得驱动程式，因此造成两难的地步。

initrd 可以将 /lib/modules/.... 内的‘开机过程当中一定需要的模组’包成一个档案 (档名就是 initrd)， 然后在开机时透过主机的 INT 13 硬件功能将该档案读出来解压缩，并且 initrd 在记忆体内会模拟成为根目录。

如果妳有特殊需要所以想重制 initrd 档案的话， 可以使用 mkinitrd 来处理的。

  1. [root@www ~]# mkinitrd [-v] [--with=模组名称] initrd档名 核心版本 
  2. 选项与参数： 
  3. -v  ：显示 mkinitrd 的运作过程 
  4. --with=模组名称：模组名称指的是模组的名字而已，不需要填写档名。举例来说， 
  5.        目前核心版本的 ext3 档案系统模组为底下的档名： 
  6.        /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs/ext3/ext3.ko 
  7.        那妳应该要写成： --with=ext3 就好了 (省略 .ko) 
  8. initrd档名：妳所要建立的 initrd 档名，尽量取有意义又好记的名字。 
  9. 核心版本  ：某一个核心的版本，如果是目前的核心则是‘ $(uname -r) ’