How a Linux System Boots up

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This post elaborates the boot process of a Linux system. For details, read the bootup man page or Click here to read it online.

Boot up process

从开机到启动OS的过程为：

  1. BIOS:开机时主动加载，BIOS会通过加载CMOS中的信息，得到主机的硬件配置信息（包括启动设备的查找顺序、硬盘的大小与类型、系统时间...）; 得到这些信息后，BIOS会进行启动自我检测（ Power-on Self Test, POST ）, 然后开始执行硬件的初始化、设置PnP设备，再定义出可启动的设备顺序，接下来开始读取启动设备的MBR，其中安装了boot loader程序

    • 这里的MBR泛指启动扇区，GPT也有MBR扇区

  2. MBR： BIOS读取MBR，注意，每块硬盘的第一个扇区都是MBR扇区，所以如果有多个硬盘，也就是多个启动设备的话，读取的应该是“第一个启动设备的MBR”（ 之前已经定义好了启动设备的顺序）

  3. boot loader： BIOS加载MBR的boot loader程序，该程序用于读取kernel，将kernel解压缩到内存中; boot loader同时还会读取initramfs来加载一些必要的驱动，并挂载根目录

    • BIOS通过硬件的INT13中断来读取MBR，因此，只要BIOS能检测到硬盘，就一定能读取MBR（其中的内容就是boot loader）
    • 内核驱动位于根目录的/lib/modules，则内核需要先挂载根目录才能取得这些驱动，但是内核没有驱动又无法读取硬盘、挂载根目录。 因此boot loader除了读取内核，还要读取initramfs，后者会加载必要的驱动，来挂载根目录

  4. kernel + initramfs：kernel先通过initramfs来加载必要的驱动程序，挂载根文件系统，并加载其中的驱动程序，然后测试硬件，获取硬件信息，此时硬件已经准备就绪了

    • kernel使用自己的检测程序测试硬件， 不一定使用BIOS检测到的信息。这意味着内核此时已经接管BIOS的工作

  5. systemd：内核调用第一个程序systemd.