参考: 中国科学院大学 2025年秋《高级操作系统教程》课件

Linux 启动流程

BIOS : 硬件检测，查找加载磁盘上的 MBR
MBR : 存储 bootloader 信息，加载 Grub
Grub : 查找并加载 kernel
kernel : 装载驱动，挂载 rootfs, 执行 /sbin/init
init : OS 初始化，执行 runlevel 相关程序
runlevel: 启动指定级别的服务

Grub

Linux 上最常用的 bootloader (GNU GRUB: 来自 GNU 项目的启动引导程序)

GRUB 允许用户可以在计算机内同时拥有多个操作系统，并在计算机启动时选择希望运行的操作系统
GRUB 可通过链式引导来引导 Windows 系统
支持所有的 Linux 文件系统，也支持 Windows 的 FAT 和 NTFS 文件系统
支持图形界面，可定制启动菜单和背景图片，支持鼠标
拥有丰富的终端命令，用户可以查看硬盘分区的细节，修改分区设置，临时重新映射磁盘顺序，从任何用户定义的配置文件启动

kernel

kernel 启动过程：
压缩的 kernel => 解压缩的 kernel => 根文件系统 rootfs => 第一个程序 init

init

init 程序: 进行 OS 初始化操作
实际上是根据 /etc/inittab (定义系统默认运行级别) 设定的动作执行脚本

第一个被执行的脚本为 /etc/rc.d/rc.sysinit : 真正的 OS 初始化脚本
1. 激活 udev 和 selinux
2. 根据 /etc/sysctl.conf 文件设定内核参数
3. 设定系统时钟
4. 装载硬盘映射
5. 启用交换分区
6. 设置主机名
7. 根文件系统检测，并以读写方式重新挂载根文件系统
8. 激活 RAID 和 LVM 设备
9. 启用磁盘配额
10. 根据 /etc/fstab 检查并挂载其他文件系统
11. 清理过期的锁和 PID 文件
根据配置的启动级别，执行对应目录底下的脚本
最后执行 /etc/rc.d/rc.local 脚本，至此，系统启动完成。

运行级别 runlevel

Linux 的启动级别分为以下几种:

0: 关机模式
1: 单一用户模式(直接以管理员身份进入)
2: 多用户模式（无网络）
3: 多用户模式（命令行）
4: 保留
5: 多用户模式（图形界面）
6: 重启

在不同的运行级别下，/etc/rc.d/rc 脚本会分别执行不同目录下的脚本:

Run level 0 – /etc/rc.d/rc0.d/
Run level 1 – /etc/rc.d/rc1.d/
Run level 2 – /etc/rc.d/rc2.d/
Run level 3 – /etc/rc.d/rc3.d/
Run level 4 – /etc/rc.d/rc4.d/
Run level 5 – /etc/rc.d/rc5.d/
Run level 6 – /etc/rc.d/rc6.d/

这些目录下的脚本只有 K* 和 S* 开头的文件:
K* 开头的文件为开机需要执行关闭的服务
S* 开头的文件为开机需要执行开启的服务

进程创建

init 进程为 1 号进程:

通过 fork 系统调用创建
第一个用户态进程
所有用户态进程的父进程或先祖进程

主要任务：

系统启动
zombie 进程管理

init 进程的缺点:

启动时间长: init 进程是串行启动，只有前一个进程启动完，才会启动下一个进程。
启动脚本复杂: 脚本需要自己处理各种情况，这往往使得脚本变得很长。

当前的 1 号进程

Process 1	描述	启动管理	进程回收	服务管理	并行启动	设备管理	资源控制	日志管理
sysvinit	早期版本的初始化进程工具，逐渐淘汰	✔	✔	-	-	-	-	-
upstart	Debian 7, Ubuntu 14 等早期使用，目前仅仅处于维护模式	✔	✔	✔	✔	-	-	-
Systemd	快速启动，目前被大多数 Linux 发行版使用	✔	✔	✔	✔	✔	✔	✔

当前大多数 Linux 发行版采用 Systemd 作为 1 号进程

SysMaster-Init
- Zombie reaping
- 监控 sysmaster-core
- Less 1k LoC
SysMaster-core
- 依赖管理器
- Hot restart，live update
SysMaster-extends

Linux Kernel Cmdline Parameter

参数

完整参数：https://www.kernel.org/doc/html/latest/admin-guide/kernel-parameters.html

loglevel=

[KNL,EARLY]
All Kernel Messages with a loglevel smaller than the
console loglevel will be printed to the console. It can
also be changed with klogd or other programs. The
loglevels are defined as follows:

0 (KERN_EMERG)          system is unusable
1 (KERN_ALERT)          action must be taken immediately
2 (KERN_CRIT)           critical conditions
3 (KERN_ERR)            error conditions
4 (KERN_WARNING)        warning conditions
5 (KERN_NOTICE)         normal but significant condition
6 (KERN_INFO)           informational
7 (KERN_DEBUG)          debug-level messages

quiet:
1
[KNL,EARLY] Disable most log messages

查看当前内核的启动命令行参数

1	cat /proc/cmdline

设置内核的启动命令行参数

方式一：编译 kernel 时通过 menuconfig 确定 CONFIG_CMDLINE_BOOL 和 CONFIG_CMDLINE
方式二：通过 bootloader 设置
- grub: /etc/default/grub 中设置 GRUB_CMDLINE_LINUX 或 GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT, 并 grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg 重启
- lilo: …
- systemd-boot: …

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Linux Boot 过程