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。
F!DDlYUz. (}ObX!, 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:
|[apLQ6 h"Qp e'D} 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。
&[u%ZL U$+EUDFi3_ f]Jn\7j4 `}t<5_ 下面就将逐一介绍其中几个关键的部分:
)Il)
H 28,Hd!{ VfWU-lJ /J''`Tf 第一部分:内核的引导(核内引导)
LpCJfQ a"7zz]XO2 Red Hat9.0可以使用lilo或grub等引导程序开始引导Linux系统,当引导程序成功完成引导任务后,Linux从它们手中接管了CPU的控制权,然后CPU就开始执行Linux的核心映象代码,开始了Linux启动过程。这里使用了几个汇编程序来引导Linux,这一步泛及到Linux源代码树中的“arch/i386/boot”下的这几个文件:bootsect.S、setup.S、video.S等。
~6YTm6o cu{c:z~ 其中bootsect.S是生成引导扇区的汇编源码,它完成加载动作后直接跳转到setup.S的程序入口。setup.S的主要功能就是将系统参数(包括内存、磁盘等,由BIOS返回)拷贝到特别内存中,以便以后这些参数被保护模式下的代码来读取。此外,setup.S还将video.S中的代码包含进来,检测和设置显示器和显示模式。最后,setup.S将系统转换到保护模式,并跳转到 0x100000。
m'{gO9V jeb]3i=pw 那么0x100000这个内存地址中存放的是什么代码?而这些代码又是从何而来的呢?
]-ad\PI$ c>I(6$ 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。
6Ih8~Hu g{|F<2rd[m 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。
\4$V;C/n, +i"^"/2f{ 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。
n~ w.\939@ }7?n\I+n" 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。
sz;B-1^6 P1cI]rriW 第二部分:运行init
u!4i+7} ViZ Tl~ JZ=ahSi
gY!+x=cx0 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):
P){b"`f dsJMhB_41U #
:g&9v_}&K{ # inittab This file describes how the INIT process should set up
s{g^K#BoFi # the system in a certain run-level.
1jHugss9| #
p>Z18 # Author: Miquel van Smoorenburg, <
miquels@drinkel.nl.mugnet.org>
,xcm:;& # Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes
d\c?sYLv #
3|++2Z{}, |E]`rfr # Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
.J=<E # 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
CuT~
Bj # 1 - Single user mode
~9Xs=S! # 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not havenetworking)
ENoGV;WG # 3 - Full multiuser mode
-/^a2_d[ # 4 - unused
dWKjVf # 5 - X11
1u `{yl*+? # 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
+\s32o
zg #
6gr?#D -F ###表示当前缺省运行级别为5(initdefault);
JSp V2c5Q id:5:initdefault:
J}zN]|bz \S5YS2,P ###启动时自动执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本(sysinit)
W20qn>{z # System initialization.
z5njblUz si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
KOv?p@d @wVq%GG} l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
IA6,P>}N l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
qoZUX3{ l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
6h5DvSO l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
$3yzB9\a" l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
%imI.6 ###当运行级别为5时,以5为参数运行/etc/rc.d/rc脚本,init将等待其返回(wait)
ve3-GWT{C l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
tBB\^xq: l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
Hl|EySno -F->l5 ###在启动过程中允许按CTRL-ALT-DELETE重启系统
{OIktG2gZ # Trap CTRL-ALT-DELETE
{tKi8O^Rb ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
rjaG{ i OYYk[r # When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
au+6ookT # of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
a ]b%v9 # This does, of course, assume you have powerd installed and your
"gIjU~'A # UPS connected and working correctly.
A#;TY:D2 pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"
KkK
!E Q[6<Y,}(pd # If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
5~!&x@ pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"
7my7|s[ Ung K9uB~ ###在2、3、4、5级别上以ttyX为参数执行/sbin/mingetty程序,打开ttyX终端用于用户登录,
.&Ik(792Z& ###如果进程退出则再次运行mingetty程序(respawn)
.\rJ|HpZ1J # Run gettys in standard runlevels
?xTdL738 1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
,qUOPW?= 2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
|g`:K0BI 3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
+$CO 4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
QKP@+E_U 5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
E9N.b.Q) 6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
*B*dWMh UL3++bt ###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)
c{(4s6D # Run xdm in runlevel 5
Bk
yW x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon
^`*p;&(K\^ hLo'q^mGr 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:
B[IqLD'6 ?S2!'L QnMN8Q9 ^MczumG[ id:runlevel:action:process
2EAY`}Rl6. =5kTzH. 对上面各项的详细解释如下:
IpYw<2' z~0f[As. 1. id
<