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Ubuntu啟動流程

技術標籤:Linux核心嵌入式

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3.1 載入BIOS

當你開啟計算機電源,計算機會首先載入BIOS資訊。BIOS中包含了CPU的相關資訊、裝置啟動順序資訊、硬碟資訊、記憶體資訊、時鐘資訊、PnP特性等等。在此之後,計算機心裡就有譜了,知道應該去讀取哪個硬體裝置了。
BIOS是和主機板一起開發的,所以主機板的一些硬體資訊只有BIOS清楚,每塊主機板的BIOS基本都是不同的,主機板的具體資訊需要BIOS報告給作業系統。
BIOS主要存在於個人電腦和伺服器這裡硬體比較複雜的系統;Boot Loader主要存在於嵌入式,手機等相對簡單的系統。

3.2 讀取MBR

眾所周知,硬碟上第0磁軌第一個扇區被稱為MBR(Master Boot Record),即主引導記錄,它的大小是512位元組,裡面卻存放了預啟動資訊、分割槽表資訊。

系統找到BIOS所指定的硬碟的MBR後,就會將其複製到0x7c00地址所在的實體記憶體中。其實被複制到實體記憶體的內容就是Boot Loader。

3.3 載入進入BootLoader

Boot Loader就是在作業系統核心執行之前執行的一段小程式。通過這段小程式,我們可以初始化硬體裝置、建立記憶體空間的對映圖,從而將系統的軟硬體環境帶到一個合適的狀態,以便為最終呼叫作業系統核心做好一切準備。
Boot Loader有若干種,其中Grub、Lilo、spfdisk和u-boot是常見的Loader。以Grub為例來講解,系統讀取記憶體中的grub配置資訊(一般為menu.lst或grub.lst),並依照此配置資訊來啟動不同的作業系統。

3.4 載入Kernel

根據grub設定的核心映像所在路徑,系統讀取記憶體映像,並進行解壓縮操作。此時,螢幕一般會輸出“Uncompressing Linux”的提示。當解壓縮核心完成後,螢幕輸出“OK, booting the kernel”。
系統將解壓後的核心放置在記憶體之中,並呼叫start_kernel()函式來啟動一系列的初始化函式並初始化各種裝置,完成Linux核心環境的建立。至此,Linux核心已經建立起來了,基於Linux的程式應該可以正常運行了。
根檔案系統rootfs
掛載根檔案系統的目的有兩個:一是安裝適當的核心模組,以便驅動某些硬體裝置或啟用某些功能;二是啟動儲存於檔案系統中的init服務,以便讓init服務接手後續的啟動工作。

在製作rootfs時,對於Android,會將ramdisk.img打包到boot.img或recovery.img中(boot.img=kernel+ramdisk.img+dt.img);對於Linux,會將initramfs打包到vmlinux中,即核心映像檔案Image中(Image=kernel+initrd+dtb),再自動壓縮為zImage,若bootloader是u-boot,最終會通過工具將zImage製作成uImage(增加一個64bits的header,用於說明核心版本、載入位置等資訊)。

3.5 使用者態init程序

核心被載入後,第一個執行的程式便是/sbin/init,該檔案會讀取/etc/inittab檔案,並依據此檔案來進行初始化工作。其實/etc/inittab檔案最主要的作用就是設定Linux的執行等級,其設定形式是“:id:5:initdefault:”,這就表明Linux需要執行在等級5上。Linux的執行等級設定如下:

0:關機
1:單使用者模式
2:無網路支援的多使用者模式
3:有網路支援的多使用者模式
4:保留,未使用
5:有網路支援有X-Window支援的多使用者模式
6:重新引導系統,即重啟
l0:0:wait:/etc/rc0.d 
l1:1:wait:/etc/ rc1.d 
l2:2:wait:/etc/ rc2.d 
l3:3:wait:/etc/ rc3.d 
l4:4:wait:/etc/ rc4.d 
l5:5:wait:/etc/ rc5.d 
l6:6:wait:/etc/ rc6.d

3.6 init程序執行rc.sysinit

在設定了執行等級後,Linux系統執行的第一個使用者層檔案就是指令碼程式/etc/rc.d/rc.sysinit,它做的工作非常多,包括設定PATH、設定網路配置(/etc/sysconfig/network)、啟動swap分割槽、設定/proc等等。

3.7 啟動核心模組

依據/etc/modules.conf檔案或/etc/modules.d目錄下檔案來裝載核心模組。

3.8 執行不同執行級別的指令碼程式

根據執行級別的不同,系統會執行rc0.d到rc6.d中的相應的指令碼程式,來完成相應的初始化工作和啟動相應的服務。

3.9 登入:執行/bin/login程式

此時,系統已經進入到了等待使用者輸入username和password的時候了,你已經可以用自己的帳號登入系統了。