Linux 引导过程.doc

早期时，启动一台计算机意味着要给计算机喂一条包含引导程序的纸带，或者手工使用前端面板地址/数据/控制开关来加载引导程序。尽管目前的计算机已经装备了很多工具来简化引导过程，但是这一切并没有对整个过程进行必要的简化。
让我们先从高级的视角来查看Linux引导过程，这样就可以看到整个过程的全貌了。然后将回顾一下在各个步骤到底发生了什么。在整个过程中，参考一下内核源代码可以帮助我们更好地了解内核源代码树，并在以后对其进行深入分析。
概述
图1是我们在20,000英尺的高度看到的视图。
图1.Linux引导过程在20,000英尺处的视图
当系统首次引导时，或系统被重置时，处理器会执行一个位于已知位置处的代码。在个人计算机（PC）中，这个位置在基本输入/输出系统（BIOS）中，它保存在主板上的闪存中。嵌入式系统中的中央处理单元（CPU）会调用这个重置向量来启动一个位于闪存/ROM中的已知地址处的程序。在这两种情况下，结果都是相同的。因为PC提供了很多灵活性，BIOS必须确定要使用哪个设备来引导系统。稍后我们将详细介绍这个过程。
当找到一个引导设备之后，第一阶段的引导加载程序就被装入RAM并执行。这个引导加载程序在大小上小于512字节（一个扇区），其作用是加载第二阶段的引导加载程序。
当第二阶段的引导加载程序被装入RAM并执行时，通常会显示一个动画屏幕，并将Linux和一个可选的初始RAM磁盘（临时根文件系统）加载到内存中。在加载映像时，第二阶段的引导加载程序就会将控制权交给内核映像，然后内核就可以进行解压和初始化了。在这个阶段中，第二阶段的引导加载程序会检测系统硬件、枚举系统链接的硬件设备、挂载根设备，然后加载必要的内核模块。完成这些操作之后启动第一个用户空间程序（init），并执行高级系统初始化工作。
这就是Linux引导的整个过程。现在让我们深入挖掘一下这个过程，并深入研究一下Linux引导过程的一些详细信息。

系统启动
系统启动阶段依赖于引导Linux系统上的硬件。在嵌入式平台中，当系统加电或重置时，会使用一个启动环境。这方面的例子包括U-Boot、RedBoot和Lucent的MicroMonitor。嵌入式平台通常都是与引导监视器搭配销售的。这些程序位于目标硬件上的闪存中的某一段特殊区域，它们提供了将Linux内核映像下载到闪存并继续执行的方法。除了可以存储并引导Linux映像之外，这些引导监视器还执行一定级别的系统测试和硬件初始化过程。在嵌入式平台中，这些引导监视器通常会涉及第一阶段和第二阶段的引导加载程序。
提取MBR的信息
要查看MBR的内容，请使用下面的命令：
#ddif=/dev/hdaof=mbr.binbs=512count=1#od-xambr.bin
这个dd命令需要以root用户的身份运行，它从/dev/hda（第一个IDE盘）上读取前512个字节的内容，并将其写入mbr.bin文件中。od命令会以十六进制和ASCII码格式打印这个二进制文件的内容。
在PC中，引导Linux是从BIOS中的地址0xFFFF0处开始的。BIOS的第一个步骤是加电自检（POST）。POST的工作是对硬件进行检测。BIOS的第二个步骤是进行本地设备的枚举和初始化。
给定BIOS功能的不同用法之后，BIOS由两部分组成：POST代码和运行时服务。当POST完成之后，它被从内存中清理了出来，但是BIOS运行时服务依然保留在内存中，目标操作系统可以使用这些服务。
要引导一个操作系统，BIOS运行时会按照CMOS的设置定义的顺序来搜索处于活动状态并且可以引导的设备。引导设备可以是软盘、CD-ROM、硬盘上的某个分区、网络上的某个设备，甚至是USB闪存。
通常，Linux都是从硬盘上引导的，其中主引导记录（MBR）中包含主引导加载程序。MBR是一个512字节大小的扇区，位于磁盘上的第一个扇区中（0道0柱面1扇区）。当MBR被加载到RAM中之后，BIOS就会将控制权交给MBR。

第一阶段引导加载程序
MBR中的主引导加载程序是一个512字节大小的映像，其中包含程序代码和一个小分区表（参见图2）。前446个字节是主引导加载程序，其中包含可执行代码和错误消息文本。接下来的64个字节是分区表，其中包含4个分区的记录（每个记录的大小是16个字节）。MBR以两个特殊数字的字节（0xAA55）结束。这个数字会用来进行MBR的有效性检查。
图2.MBR剖析
主引导加载程序的工作是查找并加载次引导加载程序（第二阶段）。它是通过在分区表中查找一个活动分区来实现这种功能的。当找到一个活动分区时，它会扫描分区表中的其他分区，以确保它们都不是活动的。当这个过程验证完成之后，就将活动分区的引导记录从这个设备中读入RAM中并执行它。
第二阶段引导加载程序
次引导加载