本文以RedHat9.0和i386平台为例,剖析了从用户打开电源直到屏幕出现命令行提示符的整个Linux启动过程。并且介绍了启动中涉及到的各种文件。
<PXA`]x~ ;9d(GP}eE 阅读Linux源代码,无疑是深入学习Linux的最好方法。在本文对Linux启动过程的介绍中,我们也尝试从源代码的视角来更深入的剖析Linux的启动过程,所以其中也简单涉及到部分相关的Linux源代码,Linux启动这部分的源码主要使用的是C语言,也涉及到了少量的汇编。而启动过程中也执行了大量的shell(主要是bash shell)所写脚本。为了方便读者阅读,笔者将整个Linux启动过程分成以下几个部分逐一介绍,大家可以参考下图:
i9w xP i 7M5HIK6_ 当用户打开PC的电源,BIOS开机自检,按BIOS中设置的启动设备(通常是硬盘)启动,接着启动设备上安装的引导程序lilo或grub开始引导Linux,Linux首先进行内核的引导,接下来执行init程序,init程序调用了rc.sysinit和rc等程序,rc.sysinit和rc当完成系统初始化和运行服务的任务后,返回init;init启动了mingetty后,打开了终端供用户登录系统,用户登录成功后进入了Shell,这样就完成了从开机到登录的整个启动过程。
T7&itgEYG/ <4^a(Zh @ -g^R4e< )6Z)z;n]aW 下面就将逐一介绍其中几个关键的部分:
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nb3rHQ !i{@B dA)7d77 *F2ob pU 第一部分:内核的引导(核内引导)
9v0f4Pbxm #kk_iS>8 Red Hat9.0可以使用lilo或grub等引导程序开始引导Linux系统,当引导程序成功完成引导任务后,Linux从它们手中接管了CPU的控制权,然后CPU就开始执行Linux的核心映象代码,开始了Linux启动过程。这里使用了几个汇编程序来引导Linux,这一步泛及到Linux源代码树中的“arch/i386/boot”下的这几个文件:bootsect.S、setup.S、video.S等。
Nqz-Mr` 3)I v8mA 其中bootsect.S是生成引导扇区的汇编源码,它完成加载动作后直接跳转到setup.S的程序入口。setup.S的主要功能就是将系统参数(包括内存、磁盘等,由BIOS返回)拷贝到特别内存中,以便以后这些参数被保护模式下的代码来读取。此外,setup.S还将video.S中的代码包含进来,检测和设置显示器和显示模式。最后,setup.S将系统转换到保护模式,并跳转到 0x100000。
2L ~U^ -H{c@hl 那么0x100000这个内存地址中存放的是什么代码?而这些代码又是从何而来的呢?
lAV6z%MmM foaNB=, 0x100000这个内存地址存放的是解压后的内核,因为Red Hat提供的内核包含了众多驱动和功能而显得比较大,所以在内核编译中使用了“makebzImage”方式,从而生成压缩过的内核,在RedHat中内核常常被命名为vmlinuz,在Linux的最初引导过程中,是通过"arch/i386/boot/compressed/"中的head.S利用misc.c中定义的decompress_kernel()函数,将内核vmlinuz解压到0x100000的。
[96|xe\s 7?b'"X" 当CPU跳到0x100000时,将执行"arch/i386/kernel/head.S"中的startup_32,它也是vmlinux的入口,然后就跳转到start_kernel()中去了。start_kernel()是"init/main.c"中的定义的函数,start_kernel()中调用了一系列初始化函数,以完成kernel本身的设置。start_kernel()函数中,做了大量的工作来建立基本的Linux核心环境。如果顺利执行完start_kernel(),则基本的Linux核心环境已经建立起来了。
Kq{9:G 4TUe*F@
ML 在start_kernel()的最后,通过调用init()函数,系统创建第一个核心线程,启动了init过程。而核心线程init()主要是来进行一些外设初始化的工作的,包括调用do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的加载和初始化。并完成文件系统初始化和root文件系统的安装。
E9QNx62 7vgz=-
MZ# 当do_basic_setup()函数返回init(),init()又打开了/dev/console设备,重定向三个标准的输入输出文件stdin、stdout和stderr到控制台,最后,搜索文件系统中的init程序(或者由init=命令行参数指定的程序),并使用 execve()系统调用加载执行init程序。到此init()函数结束,内核的引导部分也到此结束了。
dEns|r si0jXue~j\ 第二部分:运行init
}4\>q$8' X=_N7! ;\(wJ{u?Y ,c}Q;eYc3 init的进程号是1,从这一点就能看出,init进程是系统所有进程的起点,Linux在完成核内引导以后,就开始运行init程序,。init程序需要读取配置文件/etc/inittab。inittab是一个不可执行的文本文件,它有若干行指令所组成。在Redhat系统中,inittab的内容如下所示(以“###"开始的中注释为笔者增加的):
`<q{8 fytgS(?I' #
H?M8j] R-) # inittab This file describes how the INIT process should set up
r's4-\ # the system in a certain run-level.
7RTp+FC] #
G$Z8k,g+<7 # Author: Miquel van Smoorenburg, <
miquels@drinkel.nl.mugnet.org>
(8k3z` # Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes
> lN{FJ #
r!#NFek} ln#Lx&r;| # Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
A .*}< # 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
)=ZWn,ZB # 1 - Single user mode
xs+MvXTC # 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not havenetworking)
:!J!l u # 3 - Full multiuser mode
wQ@@|Cj4L # 4 - unused
WRL &tz # 5 - X11
#W'jNX,h # 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
W/xb[w9v #
l\jf]BHX' ###表示当前缺省运行级别为5(initdefault);
&nTB^MF id:5:initdefault:
*_3+ DF /k(0}g=\ ###启动时自动执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本(sysinit)
y~Sh|2x8v # System initialization.
.,<-lMC+ si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
;g7nG{ ~~b[X\1 l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
5k<qJ9 l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
Yc+/="&z l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
Z3T:R"l; l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
|Zncr9b l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
eB^:+h#A_ ###当运行级别为5时,以5为参数运行/etc/rc.d/rc脚本,init将等待其返回(wait)
dy#dug6j l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
bsR&%C l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
kT!FC0E{ a/{T;=_GY ###在启动过程中允许按CTRL-ALT-DELETE重启系统
VO/"
ot # Trap CTRL-ALT-DELETE
pX*Oc6.0mu ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
?UQE;0 B ,d@.@a]
` # When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
~g~z"!K # of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
VctAQ|h^ # This does, of course, assume you have powerd installed and your
DpoRR` # UPS connected and working correctly.
C/tn0 pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"
-D`*$rp, \<]nv}1O # If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
hA/K>Z pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"
sGc4^Z%l? _Z@- q ###在2、3、4、5级别上以ttyX为参数执行/sbin/mingetty程序,打开ttyX终端用于用户登录,
0ppZ~}& ###如果进程退出则再次运行mingetty程序(respawn)
#p6#,PZ # Run gettys in standard runlevels
5<Xq7|Jt 1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
a&M{y 2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
Oy&Myjny< 3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
IH'DCY: 4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
#=q)>+\ 5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
"#qyX[\ 6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
Ks{^R`Oau 39BGwKXb ###在5级别上运行xdm程序,提供xdm图形方式登录界面,并在退出时重新执行(respawn)
khyn4
# Run xdm in runlevel 5
w<tr<Pu' x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon
-{-w5_B$ `$fwLC3j 以上面的inittab文件为例,来说明一下inittab的格式。其中以#开始的行是注释行,除了注释行之外,每一行都有以下格式:
<