Linux系統(tǒng)啟動(dòng)深度剖析(一)
Linux系統(tǒng)啟動(dòng)在我們能夠看到命令提示符之前,系統(tǒng)到底進(jìn)行了一些什么工作,又經(jīng)歷了怎樣的一個(gè)Linux系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程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系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程。并且介紹了啟動(dòng)中涉及到的各種文件。在這里我們先簡(jiǎn)單介紹一下系統(tǒng)前兩部分的工作,后面有時(shí)間我們?cè)俳榻B后面的部分。
第一部分:內(nèi)核的引導(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(guò)程。這里使用了幾個(gè)匯編程序來(lái)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)
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(lái)讀取。此外,setup.S還將video.S中的代碼包含進(jìn)來(lái),
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(lái)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ed
Hat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(guò)的內(nèi)核,在RedHat中內(nèi)
核常常被命名為vmlinuz,在Linux的最初引導(dǎo)過(guò)程中,是通過(guò)"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_kernel()函數(shù)中,做了大量的工作來(lái)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(lái)了。
在start_kernel()的最后,通過(guò)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(guò)程。而核心線程init()主要是來(lái)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)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init
init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“###"開始的中注釋為筆者增加的):
#
# inittab This file describes how the INIT process should set up
# the system in a certain run-level.
#
# Author: Miquel van Smoorenburg,
# Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes
#
# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
# 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
# 1 - Single user mode
# 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not havenetworking)
# 3 - Full multiuser mode
# 4 - unused
# 5 - X11
# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
#
###表示當(dāng)前缺省運(yùn)行級(jí)別為5(initdefault);
id:5:initdefault:
###啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)執(zhí)行/etc/rc.d/rc.sysinit腳本(sysinit)
# System initialization.
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
###當(dāng)運(yùn)行級(jí)別為5時(shí),以5為參數(shù)運(yùn)行/etc/rc.d/rc腳本,init將等待其返回(wait)
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
###在啟動(dòng)過(guò)程中允許按CTRL-ALT-DELETE重啟系統(tǒng)
# Trap CTRL-ALT-DELETE
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
# When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
# of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
# This does, of course, assume you have powerd installed and your
# UPS connected and working correctly.
pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"
# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"
###在2、3、4、5級(jí)別上以ttyX為參數(shù)執(zhí)行/sbin/mingetty程序,打開ttyX終端用于用戶登錄,
###如果進(jìn)程退出則再次運(yùn)行mingetty程序(respawn)
# Run gettys in standard runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
###在5級(jí)別上運(yùn)行xdm程序,提供xdm圖形方式登錄界面,并在退出時(shí)重新執(zhí)行(respawn)
# Run xdm in runlevel 5
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon
以上面的inittab文件為例,來(lái)說(shuō)明一下inittab的格式。其中以#開始的行是注釋行,除了注釋行之外,每一行都有以下格式:
id:runlevel:action:process
對(duì)上面各項(xiàng)的詳細(xì)解釋如下:
1. id
id是指入口標(biāo)識(shí)符,它是一個(gè)字符串,對(duì)于getty或mingetty等其他login程序項(xiàng),要求id與tty的編號(hào)相同,否則getty程序?qū)⒉荒苷9ぷ鳌?BR>2. runlevel
runlevel是init所處于的運(yùn)行級(jí)別的標(biāo)識(shí),一般使用0-6以及S或s。0、1、6運(yùn)行級(jí)別被系統(tǒng)保留:其中0作為shutdown動(dòng)作,1作
為重啟至單用戶模式,6為重啟;S和s意義相同,表示單用戶模式,且無(wú)需inittab文件,因此也不在inittab中出現(xiàn),實(shí)際上,進(jìn)入單用戶模式
時(shí),init直接在控制臺(tái)(/dev/console)上運(yùn)行/sbin/sulogin。在一般的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中,都使用了2、3、4、5幾個(gè)級(jí)別,在
Redhat系統(tǒng)中,2表示無(wú)NFS支持的多用戶模式,3表示完全多用戶模式(也是最常用的級(jí)別),4保留給用戶自定義,5表示XDM圖形登錄方式。
7-9級(jí)別也是可以使用的,傳統(tǒng)的Unix系統(tǒng)沒(méi)有定義這幾個(gè)級(jí)別。runlevel可以是并列的多個(gè)值,以匹配多個(gè)運(yùn)行級(jí)別,對(duì)大多數(shù)action來(lái)
說(shuō),僅當(dāng)runlevel與當(dāng)前運(yùn)行級(jí)別匹配成功才會(huì)執(zhí)行。
3. action
action是描述其后的process的運(yùn)行方式的。action可取的值包括:initdefault、sysinit、boot、bootwait等:
initdefault是一個(gè)特殊的action值,用于標(biāo)識(shí)缺省的啟動(dòng)級(jí)別;當(dāng)init由核心激活以后,它將讀取inittab中的
initdefault項(xiàng),取得其中的runlevel,并作為當(dāng)前的運(yùn)行級(jí)別。如果沒(méi)有inittab文件,或者其中沒(méi)有initdefault
項(xiàng),init將在控制臺(tái)上請(qǐng)求輸入runlevel。
sysinit、boot、bootwait等action將在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)無(wú)條件運(yùn)行,而忽略其中的runlevel。
其余的action(不含initdefault)都與某個(gè)runlevel相關(guān)。各個(gè)action的定義在inittab的man手冊(cè)中有詳細(xì)的描述。
4. process
process為具體的執(zhí)行程序。程序后面可以帶參數(shù)。
到這一部分Linux系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程已經(jīng)進(jìn)行了一段工作,后面的工作將在下篇文章中介紹。
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