探索Linux啟動過程

參閱CU上的很多關於rc的帖子，於是非常想弄清楚Linux/ Unix 到底是如何啟動的？rc腳本有是如何起作用的？ 幸虧goole什麼都知道。 羅列一篇，方便類我等菜鳥來溫習和查閱,以Solaris為例 按下電源，首先是BIOS取得系統控制權，BIOS進行最初的引導工作,然後交控

參閱CU上的很多關於rc的帖子，於是非常想弄清楚Linux/Unix到底是如何啟動的？rc腳本有是如何起作用的？

幸虧goole什麼都知道。

羅列一篇，方便類我等菜鳥來溫習和查閱,以Solaris為例

按下電源，首先是BIOS取得系統控制權，BIOS進行最初的引導工作,然後交控制權交給引導分區，由引導分區加載內核並調用start_kernel函數。

內核首先引導核心數據結構的初始化，在start_kernel函數中完成如下工作：

• 輸出Linux版本信息（printk(linux_banner)）
• 設置與體系結構相關的環境（setup_arch()）
• 頁表結構初始化（paging_init()）
• 使用"arch/alpha/kernel/entry.S"中的入口點設置系統自陷入口（trap_init()）
• 使用alpha_mv結構和entry.S入口初始化系統IRQ（init_IRQ()）
• 核心進程調度器初始化（包括初始化幾個缺省的Bottom-half，sched_init()）
• 時間、定時器初始化（包括讀取CMOS時鐘、估測主頻、初始化定時器中斷等，time_init()）
• 提取並分析核心啟動參數（從環境變量中讀取參數，設置相應標志位等待處理，（parse_options()）
• 控制台初始化（為輸出信息而先於PCI初始化，console_init()）
• 剖析器數據結構初始化（prof_buffer和prof_len變量）
• 核心Cache初始化（描述Cache信息的Cache，kmem_cache_init()）
• 延遲校准（獲得時鐘jiffies與CPU主頻ticks的延遲，calibrate_delay()）
• 內存初始化（設置內存上下界和頁表項初始值，mem_init()）
• 創建和設置內部及通用cache（"slab_cache"，kmem_cache_sizes_init()）
• 創建uid taskcount SLAB cache（"uid_cache"，uidcache_init()）
• 創建文件cache（"files_cache"，filescache_init()）
• 創建目錄cache（"dentry_cache"，dcache_init()）
• 創建與虛存相關的cache（"vm_area_struct"，"mm_struct"，vma_init()）
• 塊設備讀寫緩沖區初始化（同時創建"buffer_head"cache用戶加速訪問，buffer_init()）
• 創建頁cache（內存頁hash表初始化，page_cache_init()）
• 創建信號隊列cache（"signal_queue"，signals_init()）
• 初始化內存inode表（inode_init()）
• 創建內存文件描述符表（"filp_cache"，file_table_init()）
• 檢查體系結構漏洞（對於alpha，此函數為空，check_bugs()）
• SMP機器其余CPU（除當前引導CPU）初始化（對於沒有配置SMP的內核，此函數為空，smp_init()）
• 啟動init過程（創建第一個核心線程，調用init()函數，原執行序列調用cpu_idle() 等待調度，init()）

至此start_kernel()結束，基本的核心環境已經建立起來了。

start_kernel最後一項是啟動了init函數，接著由它來完成外設的初始化

• 總線初始化（比如pci_init()）
• 網絡初始化（初始化網絡數據結構，包括sk_init()、skb_init()和proto_init()三部分，在proto_init()中，將調用protocols結構中包含的所有協議的初始化過程，sock_init()）
• 創建bdflush核心線程（bdflush()過程常駐核心空間，由核心喚醒來清理被寫過的內存緩沖區，當bdflush()由kernel_thread()啟動後，它將自己命名為kflushd）
• 創建kupdate核心線程（kupdate()過程常駐核心空間，由核心按時調度執行，將內存緩沖區中的信息更新到磁盤中，更新的內容包括超級塊和inode表）
• 設置並啟動核心調頁線程kswapd（為了防止kswapd啟動時將版本信息輸出到其他信息中間，核心線調用kswapd_setup()設置kswapd運行所要求的環境，然後再創建 kswapd核心線程）
• 創建事件管理核心線程（start_context_thread()函數啟動context_thread()過程，並重命名為keventd）
• 設備初始化（包括並口parport_init()、字符設備chr_dev_init()、塊設備 blk_dev_init()、SCSI設備scsi_dev_init()、網絡設備net_dev_init()、磁盤初始化及分區檢查等等，device_setup()）
• 執行文件格式設置（binfmt_setup()）
• 啟動任何使用__initcall標識的函數（方便核心開發者添加啟動函數，do_initcalls()）
• 文件系統初始化（filesystem_setup()）
• 安裝root文件系統（mount_root()）

這些步驟結束後，init()搜索文件系統中的init程序，並創建它，也就是我們通常所說的init進程，它是系統所有進程的起點，進程ID=1。

在啟動了的Solaris下，利用 "$ps -p 1" 可以查看該進程，輸出如下：

PID TTY TIME CMD
1 ? 0:01 init

接下來init進程讀取/etc/inittab文件，來決定下一步如何做。

inittab是以行為單位的描述性（非執行性）文本，每一個指令行都具有以下格式：

id:runlevel:action:process 其中id為入口標識符，runlevel為運行級別，action為動作代號，process為具體的執行程序。

id一般要求4個字符以內，runlevel是init所處於的運行級別的標識，一般使用0－6以及S或s（S或s表示單用戶模式）。

action字段則告訴init進程，如何對待process字段指定的進程：當inittab中各行的runlevel值與當前運行級別匹配時，指定的action才被執行。

但有幾個特殊的action：

initdefault是一個特殊的action值，用於標識缺省的啟動級別；當init由核心激活以後，它將首先讀取inittab中的initdefault項，取得其中的runlevel，並作為當前的運行級別。

sysinit、boot、bootwait等action將在系統啟動時無條件運行，而忽略其中的runlevel，即不管當前運行級別是什麼，它都執行，並且是優先執行。其余的action（不含initdefault）都與某個runlevel相關。

我的Solaris9中的/etc/inittab如下

ap::sysinit:/sbin/autopush -f /etc/iu.ap #action=sysinit, 該行不管在什麼運行級別下，都運行
ap::sysinit:/sbin/soconfig -f /etc/sock2path #同上
fs::sysinit:/sbin/rcS sysinit >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
is:3:initdefault: #該行action=initdefault，表明系統的默認運行級別是3
p3:s1234:powerfail:/usr/sbin/shutdown -y -i5 -g0 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
sS:s:wait:/sbin/rcS >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
s0:0:wait:/sbin/rc0 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
s1:1:respawn:/sbin/rc1 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
s2:23:wait:/sbin/rc2 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
s3:3:wait:/sbin/rc3 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
s5:5:wait:/sbin/rc5 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
s6:6:wait:/sbin/rc6 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
fw:0:wait:/sbin/uadmin 2 0 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
of:5:wait:/sbin/uadmin 2 6 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
rb:6:wait:/sbin/uadmin 2 1 >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
sc:234:respawn:/usr/lib/saf/sac -t 300 #在2,3,4運行級別下都執行
co:234:respawn:/usr/lib/saf/ttymon -g -h -p "`uname -n` console login: " -T sun -d /dev/console -l console -m ldterm,ttcompat

去man inittab吧，什麼都講了 :)

接著看我的inittab文件，當action=sysinit的行執行完之後（前三行），將執行runlevel=3的行，即“ s3:3:wait:/sbin/rc3 ”。查找了一下，/sbin/rc3是一個shell腳本，用於初始化在運行級別3的系統。因此/etc/inittab中已經定義好了在運行級別X下，就運行 /sbin/rcX，那/sbin/rcX到底是什麼？

cat一下/sbin/rc3，看看，重要的幾行代碼如下：

[ $_INIT_PREV_LEVEL = 2 -o $_INIT_PREV_LEVEL = 4 ] && \
echo 'Changing to state 3.' #如果以前運行級別是2或4，則打印信息“切換到狀態三”

#如果運行級別!=4而且存在/etc/rc3.d這個目錄，則停掉所有以K開始的腳本中的服務或程序，啟動所有以S開始的腳本中的服務或程序

if [ $_INIT_PREV_LEVEL != 4 -a -d /etc/rc3.d ]; then
for f in /etc/rc3.d/K*; do
if [ -s $f ]; then
case $f in
*.sh) . $f ;;
*) /sbin/sh $f stop ;;
esac
fi
done

for f in /etc/rc3.d/S*; do
if [ -s $f ]; then
case $f in
*.sh) . $f ;;
*) /sbin/sh $f start ;;
esac
fi
done
fi

那就再追蹤到/etc/rc3.d下面去，好累啊 :(

#cd /etc/rc3.d

K42amserver S13kdc.master S15nfs.server S34dhcp S50apache S52imq S77dmi S81volmgt S89sshd
README S14kdc S16boot.server S42amserver S50san_driverchk S76snmpdx S80mipagent S84appserv S90samba

哦，都是些程序或進程的啟動腳本，S開頭是啟動腳本 K開頭是停止腳本。這正是/sbin/rc3這個shell腳本中設定的執行方式。

例如：S90samba 代表一個啟動samba服務的腳本，90表示啟動順序編號。 K42amserver代表結束服務的腳本。

rc程序執行完畢後，系統環境已經設置好了，下面就該用戶登錄系統了，終於結束了。

最後看張圖,畫的很清楚


參考:

http://chinaunix.net/jh/4/31269.html

http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/startup/index.html#2

http://www.yesky.com/SoftChannel/72350098490654720/20040208/1766282.shtml