剖析Linux系統(tǒng)啟動(dòng)過程.pdf

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1、剖析Linux系統(tǒng)啟動(dòng)過程內(nèi)容提要本文以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(wú)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(yǔ)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bashshell)所寫腳本。為了方便讀者閱讀，筆者將整個(gè)Linux啟

2、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

3、的引導(dǎo)(核內(nèi)引導(dǎo))RedHat9.0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)

4、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edHat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

5、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

6、_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)

7、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initinit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

8、“###"開始的中注釋為筆者增加的)：