本文以RedHat9.0和i386平臺(tái)為例，剖析了從用戶打開電源直到屏幕出現(xiàn)命令行提示符的整個(gè)Linux啟動(dòng)過程。并且介紹了啟動(dòng)中涉及到的各種文件。

　　閱讀Linux源代碼，無疑是深入學(xué)習(xí)Linux的最好方法。在本文對(duì)Linux啟動(dòng)過程的介紹中，我們也嘗試從源代碼的視角來更深入的剖析Linux的啟動(dòng)過程，所以其中也簡(jiǎn)單涉及到部分相關(guān)的Linux源代碼，Linux啟動(dòng)這部分的源碼主要使用的是C語言，也涉及到了少量的匯編。而啟動(dòng)過程中也執(zhí)行了大量的shell(主要是bash shell)所寫腳本。為了方便讀者閱讀，筆者將整個(gè)Linux啟動(dòng)過程分成以下幾個(gè)部分逐一介紹，大家可以參考下圖：

　　當(dāng)用戶打開PC的電源，BIOS開機(jī)自檢，按BIOS中設(shè)置的啟動(dòng)設(shè)備(通常是硬盤)啟動(dòng)，接著啟動(dòng)設(shè)備上安裝的引導(dǎo)程序lilo或grub開始引導(dǎo)Linux，Linux首先進(jìn)行內(nèi)核的引導(dǎo)，接下來執(zhí)行init程序，init程序調(diào)用了rc.sysinit和rc等程序，rc.sysinit和rc當(dāng)完成系統(tǒng)初始化和運(yùn)行服務(wù)的任務(wù)后，返回init；init啟動(dòng)了mingetty后，打開了終端供用戶登錄系統(tǒng)，用戶登錄成功后進(jìn)入了Shell，這樣就完成了從開機(jī)到登錄的整個(gè)啟動(dòng)過程。

下面就將逐一介紹其中幾個(gè)關(guān)鍵的部分：

　　第一部分：內(nèi)核的引導(dǎo)(核內(nèi)引導(dǎo))

　　Red Hat9.0可以使用lilo或grub等引導(dǎo)程序開始引導(dǎo)Linux系統(tǒng)，當(dāng)引導(dǎo)程序成功完成引導(dǎo)任務(wù)后，Linux從它們手中接管了CPU的控制權(quán)，然后CPU就開始執(zhí)行Linux的核心映象代碼，開始了Linux啟動(dòng)過程。這里使用了幾個(gè)匯編程序來引導(dǎo)Linux，這一步泛及到Linux源代碼樹中的“arch/i386/boot”下的這幾個(gè)文件：bootsect.S、setup.S、video.S等。

　　其中bootsect.S是生成引導(dǎo)扇區(qū)的匯編源碼，它完成加載動(dòng)作后直接跳轉(zhuǎn)到setup.S的程序入口。setup.S的主要功能就是將系統(tǒng)參數(shù)（包括內(nèi)存、磁盤等，由BIOS返回）拷貝到特別內(nèi)存中，以便以后這些參數(shù)被保護(hù)模式下的代碼來讀取。此外，setup.S還將video.S中的代碼包含進(jìn)來，檢測(cè)和設(shè)置顯示器和顯示模式。最后，setup.S將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到保護(hù)模式，并跳轉(zhuǎn)到 0x100000。

　　那么0x100000這個(gè)內(nèi)存地址中存放的是什么代碼？而這些代碼又是從何而來的呢？

　　0x100000這個(gè)內(nèi)存地址存放的是解壓后的內(nèi)核，因?yàn)镽ed Hat提供的內(nèi)核包含了眾多驅(qū)動(dòng)和功能而顯得比較大，所以在內(nèi)核編譯中使用了“makebzImage”方式，從而生成壓縮過的內(nèi)核，在RedHat中內(nèi)核常常被命名為vmlinuz，在Linux的最初引導(dǎo)過程中，是通過"arch/i386/boot/compressed/"中的head.S利用misc.c中定義的decompress_kernel()函數(shù)，將內(nèi)核vmlinuz解壓到0x100000的。

　　當(dāng)CPU跳到0x100000時(shí)，將執(zhí)行"arch/i386/kernel/head.S"中的startup_32，它也是vmlinux的入口，然后就跳轉(zhuǎn)到start_kernel()中去了。start_kernel()是"init/main.c"中的定義的函數(shù)，start_kernel()中調(diào)用了一系列初始化函數(shù)，以完成kernel本身的設(shè)置。start_kernel()函數(shù)中，做了大量的工作來建立基本的Linux核心環(huán)境。如果順利執(zhí)行完start_kernel()，則基本的Linux核心環(huán)境已經(jīng)建立起來了。

　　在start_kernel()的最后，通過調(diào)用init()函數(shù)，系統(tǒng)創(chuàng)建第一個(gè)核心線程，啟動(dòng)了init過程。而核心線程init()主要是來進(jìn)行一些外設(shè)初始化的工作的，包括調(diào)用do_basic_setup()完成外設(shè)及其驅(qū)動(dòng)程序的加載和初始化。并完成文件系統(tǒng)初始化和root文件系統(tǒng)的安裝。

　　當(dāng)do_basic_setup()函數(shù)返回init()，init()又打開了/dev/console設(shè)備，重定向三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出文件stdin、stdout和stderr到控制臺(tái)，最后，搜索文件系統(tǒng)中的init程序（或者由init=命令行參數(shù)指定的程序），并使用 execve()系統(tǒng)調(diào)用加載執(zhí)行init程序。到此init()函數(shù)結(jié)束，內(nèi)核的引導(dǎo)部分也到此結(jié)束了，

第二部分：運(yùn)行init

　　init的進(jìn)程號(hào)是1，從這一點(diǎn)就能看出，init進(jìn)程是系統(tǒng)所有進(jìn)程的起點(diǎn)，Linux在完成核內(nèi)引導(dǎo)以后，就開始運(yùn)行init程序，。init程序需要讀取配置文件/etc/inittab。inittab是一個(gè)不可執(zhí)行的文本文件，它有若干行指令所組成。在Redhat系統(tǒng)中，inittab的內(nèi)容如下所示(以“###"開始的中注釋為筆者增加的)：

　　#
# inittab This file describes how the INIT process should set up
# the system in a certain run-level.
#
# Author: Miquel van Smoorenburg,

　　# Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes
#

　　# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
# 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
# 1 - Single user mode
# 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not havenetworking)
# 3 - Full multiuser mode
# 4 - unused
# 5 - X11
# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
#
###表示當(dāng)前缺省運(yùn)行級(jí)別為5(initdefault)；
id:5:initdefault:

　　###啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)執(zhí)行/etc/rc.d/rc.sysinit腳本(sysinit)
# System initialization.
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

　　l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
###當(dāng)運(yùn)行級(jí)別為5時(shí)，以5為參數(shù)運(yùn)行/etc/rc.d/rc腳本，init將等待其返回(wait)
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

　　###在啟動(dòng)過程中允許按CTRL-ALT-DELETE重啟系統(tǒng)
# Trap CTRL-ALT-DELETE
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now

　　# When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
# of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
# This does, of course, assume you have powerd installed and your
# UPS connected and working correctly.
pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"

　　# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"

　　###在2、3、4、5級(jí)別上以ttyX為參數(shù)執(zhí)行/sbin/mingetty程序，打開ttyX終端用于用戶登錄，
###如果進(jìn)程退出則再次運(yùn)行mingetty程序(respawn)
# Run gettys in standard runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

　　###在5級(jí)別上運(yùn)行xdm程序，提供xdm圖形方式登錄界面，并在退出時(shí)重新執(zhí)行(respawn)
# Run xdm in runlevel 5
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon

以上面的inittab文件為例，來說明一下inittab的格式。其中以#開始的行是注釋行，除了注釋行之外，每一行都有以下格式：
id:runlevel:action:process

　　對(duì)上面各項(xiàng)的詳細(xì)解釋如下：

　　1. id

　　id是指入口標(biāo)識(shí)符，它是一個(gè)字符串，對(duì)于getty或mingetty等其他login程序項(xiàng)，要求id與tty的編號(hào)相同，否則getty程序?qū)⒉荒苷９ぷ鳌?/p>

　　2. runlevel

　　runlevel是init所處于的運(yùn)行級(jí)別的標(biāo)識(shí)，一般使用0－6以及S或s。0、1、6運(yùn)行級(jí)別被系統(tǒng)保留：其中0作為shutdown動(dòng)作，1作為重啟至單用戶模式，6為重啟；S和s意義相同，表示單用戶模式，且無需inittab文件，因此也不在inittab中出現(xiàn)，實(shí)際上，進(jìn)入單用戶模式時(shí)，init直接在控制臺(tái)（/dev/console）上運(yùn)行/sbin/sulogin。在一般的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，都使用了2、3、4、5幾個(gè)級(jí)別，在Redhat系統(tǒng)中，2表示無NFS支持的多用戶模式，3表示完全多用戶模式（也是最常用的級(jí)別），4保留給用戶自定義，5表示XDM圖形登錄方式。7－9級(jí)別也是可以使用的，傳統(tǒng)的Unix系統(tǒng)沒有定義這幾個(gè)級(jí)別。runlevel可以是并列的多個(gè)值，以匹配多個(gè)運(yùn)行級(jí)別，對(duì)大多數(shù)action來說，僅當(dāng)runlevel與當(dāng)前運(yùn)行級(jí)別匹配成功才會(huì)執(zhí)行。