Linux计算机上电后会发生什么？

Step1：BIOS（Basic Input Output System 基本输出输入系统）

  BlOS是计算机上电后执行的第一个程序，作用是执行POST(Power on self test，上电自检），在发现问题时发出告警声，比如硬盘、显卡、声卡及各种接口等。然后在启动设备(cd-rom，网络，硬盘等)中搜寻boot loader，将boot loader stage1程序加载进内存，并执行。之后BIOS就隐于后台。

  BIOS主要包括：

	1. 自诊断程序（通过读取CMOSRAM中的内容，识别硬件配置，并对其进行自检和初始化）
	2. CMOS设置程序（引导过程中，用特殊热键启动，进行设置后，存入CMOS RAM中）
	3. 系统自检装载程序（在自检成功后，将磁盘0磁道0扇区上的引导程序装入内存，运行加载操作系统）
	4. 主要I/O设备驱动程序和中断服务（BIOS和硬件直接打交道，需要加载I/O驱动程序）

 

Step2：MBR（Master Boot Record 硬盘主引导记录）

  BIOS在硬件自检完成后，加载MBR到指定位置内存中并把控制权交给MBR。一般情况下，系统从硬盘启动，硬盘中存放boot loader stage1程序的扇区被称为MBR，即前512个字节，从而获取磁盘的分区信息和操作系统的存放位置。MBR是启动硬盘(/dev/sda)的首个扇区，告诉计算机从哪个分区来装载BootLoader，从而引导出操作系统。

  MBR的组成：

第1-446字节：调用操作系统的机器码，是GRUB的关键引导程序
第447-510字节：硬盘分区表（Disk Partition table）
第511-512字节：主引导记录签名（0x55和0xAA）

  分区表是将硬盘分为若干个区，长度为64字节，内部分为4项，每项16字节。一个硬盘最多只能分4个一级分区，又叫“主分区”。主分区的组成：

第1个字节：如果为0x80，就表示该主分区是装有操作系统的分区。
第2-4个字节：主分区第一个扇区的物理位置（柱面、磁头、扇区号等等）。
第5个字节：主分区类型。
第6-8个字节：主分区最后一个扇区的物理位置。
第9-12字节：该主分区第一个扇区的逻辑地址。
第13-16字节：主分区的扇区总数。

  最后的四个字节（”主分区的扇区总数”），决定了这个主分区的长度。也就是说，一个主分区的扇区总数最多不超过2的32次方。

  如果每个扇区为512个字节，就意味着单个分区最大不超过2TB。再考虑到扇区的逻辑地址也是32位，所以单个硬盘可利用的空间最大也不超过2TB。如果想使用更大的硬盘，只有2个方法：一是提高每个扇区的字节数，二是增加扇区总数。

 

Step3：BootLoader（系统引导程序）和 GRUB

  BootLoader是操作系统内核运行之前先运行的一段程序。计算机读取MBR前面446字节的机器码之后，运行事先安装的BootLoader，由用户选择启动哪一个操作系统。它负责完成系统硬件的初始化，比如时钟的设置、存储区映射、设置堆栈指针等，然后把操作系统内核从Flash区拷贝到RAM区，并跳转到内核的入口，将系统的控制权交给操作系统，此后机器运行的过程中与BootLoader再无关系。

  Linux中，最流行的BootLoader是GRUB（GRandUnified Bootloader），对于GRUB而言，MBR的前446字节的引导程序属于GRUB的开始执行程序（stage1），当BIOS把MBR加载到内存后就把控制权交给GRUB，而后加载出GRUB的剩余代码，随后（stage1.5）将完成其它代码的加载和搬移以及文件系统初始化查找等工作，最终（stage2）把内核和initramfs文件（即initrd镜像）加载入内存中，然后把控制权交给内核。

 

Step4：Kernel 和 initrd

 接下来kernel镜像被解压并执行，kernel完成初始化硬件、进程调度、内存管理等任务。

​ 1、 解压缩Kernel并再次检测硬件，安装必要驱动

​ 2、 初始化与文件系统相关的虚拟设备，LVM或RAID

​ 3、 把initramfs文件（initrd，虚拟文件系统，包含一个最小linux系统）装载到根文件系统，挂在根目录下面

​ 4、 执行initramfs（initrd）中的init进程（挂载真正的根文件系统），完成加载模块、检查磁盘fsck等任务

​ 5、挂载真正的根文件系统之后执行/sbin/init程序

 Kernel内核文件：

 initramfs（initrd）文件：

 

Step5：/sbin/init

  /sbin/init是Linux启动后第一个用户态下的进程(PID为1)。init读取的第一个文件是/etc/inittab，通过它init会确定我们Linux操作系统的运行级别。它会从文件/etc/fstab里查找分区表信息 然后做相应的挂载。然后init会启动/etc/init.d里指定的默认启动级别的所有服务/脚本。所有服务在这里通过init一个一个被初始化。在这 个过程里，init每次只启动一个服务，所有服务/守护进程都在后台执行并由init来管理。

  以上提到的启动过程有一些不足的地方。而用一种更好的方式来替代传统init的需求已经存在很长时间了，也产生了许多替代方案。其中比较著名的有Upstart，Epoch，Muda和Systemd，其中Systemd获得最多关注并被认为是目前最佳的方案。

  至此，全部启动过程完成。