【操作系统】系统启动流程

系统启动流程（Linux）

1. BIOS 加电自检
2. 把 MBR 加载到内存
3. 加载 grub 引导程序
4. Kernel 自身初始化
5. 启动第一个程序 systemd
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BIOS

1. 初始化硬件
2. 查找启动设备

1 - CD-DVD - 光驱启动
2 - PXE - 网络启动
3 - USB - USB启动
4 - HDD (硬盘启动 - Hard Disk) MBR - 主引导记录
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MBR

1 - 446B BootLoader:安装GRUB的stage1 或 GRUB2的 boot.img
2 - 64B partition table 主分区表：四个主分区
3 - 2B magic number AAH 55H 标识
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GRUB2启动引导

1 - boot.img  唯一作用是在系统启动时装载 core.img ，即装载内核
2 - core.img	是GRUB2的核心映像文件
3 - *.mod	可以动态加载的模块
4 - grub.cfg	
	如果 /boot 在独立分区，则：/grub2/grub.cfg
	如果 /boot 不在独立分区，则： /boot/grub2/grub.cfg
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内核引导

1 - /boot/vmlinuz	Linux内核映像及内核参数传递
2 - /boot/initramfs 
	首先：在内存中释放供内核使用的根文件系统（/boot/initramfs）
	然后，挂载真正的根文件系统，然后执行 /usr/lib/systemd/systemd
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systemd

1 - 读取 /etc/systemd/system
2 - default.target  - 链接文件
3 - graphical.target - 图形界面
4 - 启动 图形界面用户登录 进程
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固件和BIOS

早期，BIOS是烧在主板上的；
计算机主板上的BIOS在以前就被称为固件
【蓝屏，硬件出现问题】

BIOS分类

1 - legacy

legacy启动模式是当前最常用的BIOS启动模式，读取MBR引导记录表

2 - uefi

Unified Extensible Firware Interface
译：统一的可扩展固件接口

• 是一种新型BIOS
• 兼容传统的legacy启动方式

关于legacy

MBR 介绍

采用MBR（Main Boot Record，译 主引导记录）分区表

主引导分区：共512字节（1 Byte = 8 bit），分为三部分

1 - 主引导程序 446B  - 主引导程序所在位置
2 - 磁盘分区表 DPT 64B - 读取分区表
	分区一 16B：
		第1个字节：0x80 表示激活 - 激活的分区拥有控制权，四个分区只有一个是激活的
		第2-4字节：分区第一个扇区的物理位置
		第5个字节：主分区类型
		第6-8字节：分区最后一个扇区的物理位置
		第9-12字节：分区已用完的扇区数
		第13-16字节：分区扇区总数
			4 字节，32 位
			一个主分区的扇区总数不超过：2^32个
			每个扇区大小为 512 字节
			单个分区最大空间为：2^32 * 512 = 2T
	分区二 16B：
	分区三 16B：
	分区四 16B：
3 - 结束标志 2B 分区结束
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MBR 局限性

1 - 最多四个主分区，或 最多支持 3个主分区+一个扩展分区
2 - 每个分区最大 2T

关于uefi

kylin OS：
存在一个 ESP 分区（EFI系统分区）

uefi的引导程序是以后缀名为 .efi 的文件存放在 ESP 分区中，ESP 分区采用 fat32 文件系统

kylinos将 ESP 分区挂载到 /boot/efi ，直接用文件夹浏览器进去就可以查看到 .efi 文件
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GPT

采用GPT（GUID Partition Table）分区表
译：全局唯一标识磁盘分区表

优势

• 大小可支持到128个分区
• 每个分区大小可为 2^64 *512
• 容错性、兼容性

bootloader 启动管理器

计算机读取MBR前面的446B的机器码后，会将控制权交给Boot Loader

Linux下的Bootloader有：

• grub
• grub2
• lilo
• spfdisk

BootLoader的主要功能

1 - 提供菜单
	用户可以选择不同的启动项
2 - 加载内核文件
	直接指向可启动的程序区段来开始操作系统
3 - 转交给其他 Loader
	将引导装载功能转交给其他Loader负责
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kernel初始化

kernel文件很小，只保留了最基本的模块，并以压缩的文件形式存储在硬盘中

内核文件放置在 /boot 目录下

BIOS - bootloader - kernel

initrd - 镜像文件

systemd - 守护进程

• systemd 是Linux系统工具，用来启动守护进程，已成为大多数发行版的标准配置
• systemd取代了initd，成为系统的第一个进程（PID=1），其他进程都是它的子进程
• systemd ，可以并发，可以触发进程组
• systemd - 不是一个命令，是一组命令
• systemd - 位于 /etc/systemd/system

kylinos采用过多种启动方式
1 - Sysvinit
2 - upstart
3 - system
4 - systemd
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1 - systemd 执行的第一个目标是： default.target；实际上，图形化系统的default.target是指向graphical.target的软链接 （.target 是一组命令）

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常用target对应到Sysvinit的运行级别

挂载文件系统后，再依次运行各target，最后才会运行到default.target 链接到的target（默认是 grapgical.target 和 multi-user.target），至此用户就可以通过图形或者控制端来登录系统

系统启动完成

总结

1 - 计算机加电到完成启动，包含多个进程；
2- 系统启动需要固件支持。legacy 采用的时 MBR分区表，MBR分区表的结构决定了它支持的分区数量和大小；
3 - 当主机存在多个操作系统时，需要bootloader管理和启动系统；
4 - kylinos V10 目前采用的初始化进程是 systemd
5 - 当systemd作为启动进程进行时，它将初始化系统，也就是启动并维护各种用户空间的服务
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