linux系统启动

在本文中，我们按电源按钮简要叙述，以便能够登录到系统，在此期间，系统和计算机硬件是如何一起工作。既作为自己整理知识的摘要，有可能linux0绍，高手请略过。

一般来说linux的启动能够分成三个阶段：BIOS阶段，系统引导阶段，系统启动阶段。

一、BIOS阶段

BIOS（基本输入输出系统），是固化在电脑ROM中的一段程序。这是安装电脑前都已经固化好的。

对电脑有一些了解的同学应该都知道电脑是由cpu,内存，硬盘，显示器等再加一个铁盒子封装起来，而电脑的执行都是由CPU一条条指令执行并指挥着其它硬件一起协作来完毕电脑的正常执行。

当我们按电脑开机键的时候。电脑的电源部件就会给CPU以及其它硬件上电，然后CPU開始执行第一条指令。而这第一条指令的地址就是BIOS所在的地址。也即BIOS是电脑中执行的第一个程序，还在操作系统(linux,windows,osx等)之前。再说一下这个“地址”，CPU的指令地址是由CPU中的两个寄存器来标识的（CS:IP），而CPU的硬件逻辑被设计成加电之后置CS为全F，置IP为全0，所以这个“地址”就是0xFFFF0(计算方法：CS × 16 + IP)

BIOS的主要功能是检測电脑的基本硬件是否满足执行要求，以及初始化硬件状态、中断向量表、中断服务程序等。依据获取的硬件信息去载入可引导介质（眼下都是硬盘）的首扇区(MBR)到内存中执行，并把控制权转交给此程序，这样就到了执行的第二个阶段。

二、系统引导阶段

MBR是一个512字节大小的映射，具体信息能够參考下图(图片来自linux引导过程内幕)：

Bootloader: 引导程序

Partition table: 硬盘分区信息

Magic Number: MBR标识，正常值为：0xAA55

事实上这里的Bootloader并非引导程序的所有，而仅仅是引导程序可运行的一小部分（由于MBR的空间太小装不下整个引导程序）我们称为第一阶段引导程序。主要工作是为了载入引导程序的剩余部分，称其为第二阶段引导程序。

第二阶段引导程序的主要功能就是载入操作系统，并将控制权转交给内核。

常见的引导程序有LILO，GRUB等。

三、系统执行启动阶段

linux内核代码如今已经非常是庞大。编译好之后一般都还有5M左右，所以都是用bzImage方式压缩。早期代码的运行顺序能够看linux引导过程内幕和linux启动过程综述。

本文写作时内核已经3.17版本号了，在新版本号中:

1，内核代码的入口是arch\x86\boot\header.S，此汇编代码通过调用同文件夹下的main.c中的main函数，从实模式（16位）转换到保护模式（32位）。

2。protected_mode_jump(boot_params.hdr.code32_start, (u32)&boot_params + (ds() << 4));函数的调用会跳转到x86/boot/compressed/head_32.S中的startup_32标号处运行。此代码会调用decompress_kernel函数解压内核（bzImage）映像文件。

具体的跳转过程能够參考：linux kernel boot process

3，并跳转到x86/kernel/head_32.S中的startup_32标号处运行。此代码会调用i386_start_kernel函数，而i386_start_kernel会调用linux内核的主函数start_kernel。

注意：64位有对应的head_64.S汇编代码。流程非常类似。

4。将linux比作一个应用程序的话，start_kernel就是linux的main函数。前面的那些代码仅仅是为了linux的执行而做的准备工作。

在此函数中才開始我们熟悉的初始化内核各模块的动作。像锁机制。进程调度，文件系统等等的初始化工作。

最后调用kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);去运行linux系统下的第一个进程“init”进程。

5，linux应用层的初始化都是由init调用启动脚本来完毕的，最后调用一个login的进程能够显示我们的登录界面。这里最常见的init有sysvinit, upstart, systemd。