Linux -GRUB加载内核的过程

GRUB加载内核的过程
虚拟文件系统：
启动流程：
- bootloader
Kernel的初始化过程
/sbin/init：
- 配置文件/etc/inittab:
启动系统服务以及相关的启动配置文件
/etc/rc.d/rc.local

GRUB加载内核的过程

GRUB 的作用有以下几个：

加载操作系统的内核；
拥有一个可以让用户选择的的菜单，来选择到底启动哪个系统；
可以调用其他的启动引导程序，来实现多系统引导。

按照启动流程，BIOS 在自检完成后，会到第一个启动设备的 MBR 中读取 GRUB。在 MBR 中用来放置启动引导程序的空间只有 446 Byte，那么 GRUB 可以放到这里吗？答案是空间不够，GRUB 的功能非常强大，MBRM 空间是不够使用的。那么 Linux 的解决办法是把 GRUB 的程序分成了三个阶段来执行。

Stage 1：执行GRUB主程序

第一阶段是用来执行 GRUB 主程序的，这个主程序必须放在启动区中（也就是 MBR 或者引导扇区中）。但是 MBR 太小了，所以只能安装 GRUB 的最小的主程序，而不能安装 GRUB 的相关配置文件。这个主程序主要是用来启动 Stage 1.5 和 Stage 2 的。

Stage 1.5：识别不同的文件系统

Stage 2 比较大，只能放在文件系统中（分区），但是 Stage 1 不能识别不同的文件系统，所以不能直接加载 Stage 2。这时需要先加载 Stage 1.5，由 Stage 1.5 来加载不同文件系统中的 Stage 2。

还有一个问题，难道 Stage 1.5 不是放在文件系统中的吗？如果是，那么 Stage 1 同样不能找到 Stage 1.5。其实，Stage 1.5 还真没有放在文件系统中，而是在安装 GRUB 时，直接安装到紧跟 MBR 之后的 32KB 的空间中，这段硬盘空间是空白无用的，而且是没有文件系统的，所以 Stage 1 可以直接读取 Stage 1.5。读取了 Stage 1.5 就能识别不同的文件系统，才能加载 Stage 2。

Stage 2：加载GRUB的配置文件

Stage 2 阶段主要就是加载 GRUB 的配置文件 /boot/grub/grub.conf，然后根据配置文件中的定义，加载内核和虚拟文件系统。接下来内核就可以接管启动过程，继续自检与加载硬件模块了。

内核的设计风格：

单内核：把所有的功能都做到内核，例子：Linux (LWP)
linux虽然是单内核的，但它逐渐往微内核里面靠，采用了模块化的设计，核心ko和共享模块so，核心能够动态加载各种的外围的内核模块，例如内核探测到一个磁盘，这个磁盘当前没有驱动，内核探测到磁盘的特性，加载相对应得模块，加载进来。而启动加载进来的是只是核心本身。内核模块放在/lib/modules/”内核版本号命名的目录”/，内核命名：vmlinuz-版本
微内核：内核很小，只有核心功能，其他功能做成子系统，当需要用到那个子系统由内核调度进来，例子：Windows, Solaris (线程)

虚拟文件系统：

根所在的分区叫做根文件系统rootfs，如果内核没有磁盘的驱动，那么就访问不了根文件系统了，所有的访问都是要通过根目录才可以访问，这样就访问不了/lib/modules,访问不了这个目录，就拿不到驱动，那么就有一个先后问题，要想访问磁盘，要先有驱动，而要想有驱动，就必须要能访问磁盘？

解决的办法：找一个中间人，一个文件，这个文件是动态生成的，在安装程序在安装完成以后，它会知道内核要访问的根在内核中有没有这个模块，也会知道这个磁盘到底需要哪一个驱动，然后动态生成这个中间人的文件，这么文件是一个独立文件系统，是一个根文件系统，这个是一个虚根，跟真正的根没有关系，只是临时过渡的根文件系统，可以装载到内存中，在内存中展开，将内存当磁盘来用，这个叫做ramdisk或者ramfs当内核能够访问真正的根了，挂载真正根文件系统了，让根文件系统建立起来，这个虚根就不要了，这个过程就是根切换，这个虚根的文件名initrd(ramdisk )，initramfs(ramfs)。所有这个并不一定需要的，只有当内核无法挂载根文件系统的时候才用得上

启动流程：

POST-->BIOS(BootSequence)-->MBR(bootloader,446)-->Kernel-->initrd(initramfs)-->(ROOTFS)/sbin/init(/etc/inittab)

加载BIOS的硬件信息与进行自我测试，并依据设置取得第一个可启动的设备
读取并执行第一个启动设备内的MBR的bootLoader，例如grub
依据bootLoader的设置加载Kernel，kernel检测硬件与加载驱动程序
在硬件驱动成功后，Kernel会主动调用init进程，而init进程会取得run-level信息
init执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件来准备软件执行的操作环境
init执行run-level的各个服务的启动
init执行/etc/rc.d/rc.local文件
init执行终端机模拟程序mingetty来启动login进程，等待用户登录

内核从某个磁盘分区上识别的，在内核还没有启动之前是没有文件系统的，所以由MBR中的BootLoader来识别内核所在的分区

bootloader

LILO: LInux LOader
GRUB: GRand Unified Bootloader，这个有三个阶段：

grup的配置文件grup.conf

default=0 # 设定默认启动的title的编号，从0开始
timeout=5 # 等待用户选择的超时时长，单位是秒
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz # grub的背景图片
hiddenmenu # 隐藏菜单
password 明文密码 #这里使用密码的话，在刚开机的时候如果需要进入编辑，需要输入密码
password --md5 密文密码 # 用grup-md5-crypt生成密文的密码
title Red Hat Enterprise Linux Server(2.6.18-308.el5)#内核标题，或操作系统名称，字符串，可自由修改
　　root (hd0,0) #内核文件所在的设备；对grub而言，所有类型硬盘一律hd，格式为(hd#,N)；hd#, #表示第几个磁盘；最后的N表示对应磁盘的分区；
　　kernel /vmlinuz-2.6.18-308.el5 ro root=/dev/vol0/root rhgb quiet # 内核文件路径，及传递给内核的参数
　　initrd /initrd-2.6.18-308.el5.img # ramdisk文件路径
　　password --md5 密文密码 #如果这里有密码，那么启动内核的时候需要输入密码才可以
title Install Red Hat Enterprise Linux 5
　　root (hd0,0)
　　kernel /vmlinuz-5 ks=xxxx ksdevice=eth0 noipv6
　　initrd /initrd-5
　　password --md5 密文密码
Stage1:装在MBR，主要是为引导第二阶段，不是引导操作系统的
Stage1_5: 识别常见不同类型的文件系统，这样才能在第二阶段找到/boot/grub/
Stage2: 真正启动操作系统，位于/boot/grub/

Kernel的初始化过程

设备探测
驱动初始化（可能会从initrd（initramfs）文件中装载驱动模块）
以只读挂载根文件系统；
装载第一个进程init（PID：1）

/sbin/init：

配置文件/etc/inittab:

/etc/inittab的任务：

1、设定默认运行级别；
2、运行系统初始化脚本；
3、运行指定运行级别对应的目录下的脚本；
4、设定Ctrl+Alt+Del组合键的操作；
5、定义UPS电源在电源故障/恢复时执行的操作；
6、启动虚拟终端(2345级别)；
7、启动图形终端(5级别)；

运行级别：

0：halt
1: single user mode, 直接以管理员身份切入，
2：multi user mode, no NFS
3: multi user mode, text mode
4：reserved
5: multi user mode, graphic mode
6: reboot
查看运行级别的相关命令：

runlevel
who -r

init的处理流程

先取得runlevel
使用/etc/rc.d/rc.sysinit进行系统初始化

1、激活udev和selinux；
2、根据/etc/sysctl.conf文件，来设定内核参数；
3、设定时钟时钟；
4、装载键盘映射；
5、启用交换分区；
6、设置主机名；
7、根文件系统检测，并以读写方式重新挂载；
8、激活RAID和LVM设备；
9、启用磁盘配额；
10、根据/etc/fstab，检查并挂载其它文件系统；
11、清理过期的锁和PID文件；
etc/rc.d/rc.sysinit完成的任务：

根据runlevel进行相对应的动作，程序
设置好【ctrl】+【alt】+【del】这组的组合键功能
设置不断电系统的pf，pr两种机制
启动mingetty的6个终端机
最终以/etc/x11/perfdm -nodaemon启动图形界面
内容：
id:3:initdefault:设置默认运行级别

id:runlevels:action:process

* id: 标识符
* unlevels: 在哪个级别运行此行；
* action: 在什么情况下执行此行；
　　+ initdefault: 设定默认运行级别
　　+ sysinit: 系统初始化
　　+ wait: 等待级别切换至此级别时执行
　　+ respawn: 一旦程序终止，会重新启动
* process: 要运行程序;

启动系统服务以及相关的启动配置文件

每个文件都有#chkconfig和#description这两项
格式：
/# chkconfig: runlevels SS KK 当chkconfig命令来为此脚本在rc#.d目录创建链接时，runlevels表示默认创建为S*开头的链接，-表示没有级别默认为S*开头的链接；除此之外的级别默认创建为K*开头的链接；
S后面的启动优先级为SS所表示的数字；K后面关闭优先次序为KK所表示的数字；
/# description: 用于说明此脚本的简单功能； , 续行

chkconfig命令：
chkconfig --list：查看所有独立守护服务的启动设定；独立守护进程！
chkconfig --list SERVICE_NAME：查看某一个服务
chkconfig --add SERVICE_NAME：为某一个服务创建S开头，K开头的链接
chkconfig --del SERVICE_NAME：删除某一个服务S开头，K开头的链接
chkconfig [--level RUNLEVELS] SERVICE_NAME {on|off}：关闭或开启某一个级别
如果省略级别指定，默认为2345级别；

守护进程的类型：
独立守护进程：独立的，不关联运行级别
瞬时守护进程：不需要关联至运行级别，所有的瞬时守护进程都由xinetd独立守护进程管理，xinetd也叫超级守护进程

/etc/rc.d/rc.local

> 系统最后启动的一个服务，准确说，应该执行的一个脚本

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