linux 启动流程详解

wall_john 发表于 2005-7-31 18:40:31

关于linux的启动流程的笔记

一、从哪里到哪里
本文旨在描述linux中内核如何调用启动，然后如何从img的文件系统切换到硬盘的过程。
描述起于：linux-2.6.11/init/main.c中函数 static int init(void * unused)
描述止于：/etc/rc.d/rc.sysinit文件的被调用

二、描写流程
在linux代码linux-2.6.11/init/main.c中init这个函数被调用时，初始启动的文件
系统镜像：/boot/initrd-2.6.11.12.img（以2.6.11.12内核为例）已被grub加载到
内存中，并已挂载到根目录上（"/"）。

1、我们先来看看initrd-2.6.11.12.img到底是个什么东西：
# cd /tmp
# cp /boot/initrd-2.6.11.12.img /tmp/initrd-2.6.11.12.gz
# gunzip initrd-2.6.11.12.gz
解压缩后的文件为：
# ls -l initrd-2.6.11.12
-rw-r--r--1 root root 8468487月 31 17:01 initrd-2.6.11.12
是一个CPIO格式的文件，该文件格式是种文件镜像让我们将它解开到一个目录中看看
其中的具体内容：
# mkdir initrd
# cd initrd
# cpio -i < ../initrd-2.6.11.12
1654 blocks
# ls
binbootsplashdevetcinitlibloopfsprocsbinsyssysroot
# find .
.
./lib
./bin
./bin/nash
./bin/insmod
./bin/modprobe
./bin/hotplug
./etc
./dev
./dev/console
./dev/null
./dev/ram
./dev/systty
./dev/tty1
./dev/tty2
./dev/tty3
./dev/tty4
./loopfs
./proc
./sys
./sysroot
./sbin
./init
./bootsplash

可见该镜像文件目录中包括：

/bin 目录下的四个用于启动和切换到硬盘上的程序：
nash(用于处理根目录下的/init脚本)、insmod和modprobe来加载内核驱动、hotplug用
于外设的拔插处理。

/dev 目录下的八个设备文件

/init 是个nash的启动脚本文件

/bootsplash 是内核打了bootsplash补丁后，会在对该文件进行读取操作，然后将该文件
中包含的图片文件在启动时显示。
# dmesg | grep -i bootsplash
bootsplash 3.1.6-2004/03/31: looking for picture... silentjpeg size 36270 bytes,
...found (1024x768, 19600 bytes, v3).
内核的这个装载信息就是在处理该文件。（具体的bootsplash的使用和创建这里不细说）。

附：CPIO文件的打包
# cd /tmp/initrd
# rm ../initrd-2.6.11.12
# find . | cpio -c -o > ../initrd-2.6.11.12
1654 blocks
# gzip ../initrd-2.6.11.12
# mv ../initrd-2.6.11.12.gz ../initrd-2.6.11.12.img

2、回到内核init函数中，看看如何调用/boot/initrd-2.6.11.12.img中/init脚本的
....
// 这里判断在grub装载的/boot/initrd-2.6.11.12.img中是否有"/init"这个文件？
if (sys_access((const char __user *) "/init", 0) == 0)
execute_command = "/init"
else
....
// 如果有"/init"这个文件就先运行它。
if (execute_command)
run_init_process(execute_command);

run_init_process("/sbin/init");
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");

panic("No init found. Try passing init= option to kernel");

由代码我们看到kernel会先判断并运行/boot/initrd-2.6.11.12.img中的/init文件，我们
来看看该/boot/initrd-2.6.11.12.img/init文件的内容，我们上面已将该文件展开到目录
/tmp/initrd中：
# cat ./init
#!/bin/nash # 该文件是个nash的脚本文件

# 挂接proc文件系统
mount -t proc /proc /proc

# 不输出nash调试信息，由/proc/cmdline决定,cat /proc/cmdline我的启动参数
# 输出ro root=/dev/hda3 vga=791 splash=silent，如果该命令行中带了quiet参
# 数，则不输出nash提示信息。
setquiet

# 提示信息（这里提示因该放到上面去，mkinitrd-4.2.17-2mgc.rpm包中原来如是，
# 笔误？为什么这里牵涉到mkinitrd这个包类？因为：/boot/initrd-2.6.11.12.img
# 文件由下面命令生成：mkinitrd /boot/initrd-2.6.11.12.img 2.6.11.12）
echo Mounted /proc filesystem

# 挂接sys文件系统
echo Mounting sysfs
mount -t sysfs /sys /sys

# 创建/dev临时目录
echo Creating /dev
mount -o mode=0755 -t tmpfs /dev /dev

# 创建设备文件（这些设备文件在切换到硬盘后，由/etc/rc.sysinit中start_udev
# 重新创建）
mknod /dev/console c 5 1
mknod /dev/null c 1 3
mknod /dev/zero c 1 5

# 新建伪终端目录
mkdir /dev/pts
# 新建共享内存目录
mkdir /dev/shm

# 这里是调用的nash中的makedevs指令装载硬盘等块设备，不装载其他设备只装载
# 硬盘等块设备
echo Starting udev
# 告诉内核当发现新拔插设备时用"/sbin/hotplug"程序来处理
echo -n "/sbin/hotplug" > /proc/sys/kernel/hotplug
makedevs
makedevs # 这里多搞一次没必要

echo Creating root device
# 由grub启动命令行root=/dev/hda3来联接设备/dev/root到root变量所指定的启动
# 设备，见下面我的grub启动参数：
# kernel /boot/vmlinuz-2.6.11.12ro root=/dev/hda3 vga=791 splash=silent
mkrootdev /dev/root

# 挂接/dev/root目录
echo Mounting root filesystem
mount -o defaults --ro -t ext3 /dev/root /sysroot

echo Switching to new root
# 切换根目录到设备/dev/root目录，运行完该命令根目录"/"->"/dev/hda3"
switchroot --movedev /sysroot

由上面的注释我们大概能够明白./init脚本的基本运行流程：
a、装载基本的内核系统文件和设备文件
b、根据grub的启动命令行参数，判断root根文件设备，参看/boot/grub/grub.conf文件中制定
的参数，该参数在内核启动后可有cat /proc/cmdline显示出来，nash和其他的一些程序也是通
过读该系统文件来去内核启动参数的。
c、在将从grub启动参数中获得根设备并将其与/dev/root设备联接以后，通过nash的switchroot
指令将/dev/root设备挂接到根目录上（"/"）

看看这样操作后，留下的痕迹：
# ls -l /dev/root
lrwxrwxrwx1 root root 97月 31 12:06 /dev/root -> /dev/hda3
# mount
/dev/hda3 on / type ext3 (rw)

到此为止，已将硬盘设备装载到根目录下了，从而取代了原来有initrd.img文件的根位置。

3、再回头看看内核中main.c中init函数，看看如何调用/sbin/init处理/etc/inittab文件
....
// 如果有"/init"这个文件就先运行它。
if (execute_command)
run_init_process(execute_command);

run_init_process("/sbin/init");
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");

panic("No init found. Try passing init= option to kernel");

我们已经运行完run_init_process(execute_command);这里了，然后继续运行：
run_init_process("/sbin/init");
run_init_process("/etc/init");
run_init_process("/bin/init");
run_init_process("/bin/sh");

/sbin/init这个文件在SysVinit-2.85-34mgc.rpm这个包中，该程序的主要处理代码在文件：
sysvinit-2.85/src/init.c中，该文件主要查找和处理/etc/inittab文件，按照该文件的内容
依次做处理。

# cat /etc/inittab
#
# inittab    This file describes how the INIT process should set up
#             the system in a certain run-level.
#
# Author:    Miquel van Smoorenburg, <[email protected]>
#             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 have networking)
# 3 - Full multiuser mode
# 4 - unused
# 5 - X11
# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
#
id:5:initdefault:                         # /sbin/init 根据这里判断启动的级别

# System initialization.
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit          # /sbin/init 会最先运行这个系统配置文件

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0                # /sbin/init 根据上面取得的级别运行相应
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1                # 目录下的启动脚本
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

# Trap CTRL-ALT-DELETE
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now # 设置关机热键

# 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"

# Run gettys in standard runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1       # 建立6个登陆控制终端可以通过CTRL-ALT-F?
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2       # 切换，'?'表示第几个登陆控制台，比如第1
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3       # 个为F1，第2个为F2依次类推。F7为X11控制
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4       # 台，后面就没有了，所以在X下可以很灵活
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5       # 的切换到控制台下面操作。
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

# Run xdm in runlevel 5
x:5:once:/etc/X11/prefdm -nodaemon

通过内核中对/sbin/init的调用现在已经执行/etc/rc.d/rc.sysinit操作了。

KanKer 发表于 2005-7-31 18:59:02

写的不错，建议精华:P

wall_john 发表于 2005-7-31 19:07:08

又记当magiclinux中initscripts因为hal升级后bootsplash无法显示滚动条，
将[ -x /sbin/start_udev ] && /sbin/start_udev提到startanimate之前，
就可以了，向这样：
[ -x /sbin/start_udev ] && /sbin/start_udev

# Graphical bootup...
if [ "$BOOTUP" = "graphical" ]; then
if [ -w /proc/splash -a -e /proc/fb ]; then
   # Initialize bootsplash
   # TODO: Find out runlevel (-> number of startup scripts -> number of steps)
   runlevel=5
   export kscripts=`/bin/ls /etc/rc.d/rc$runlevel.d/K* |/usr/bin/wc |/bin/awk '{ print $1 }'`
   export sscripts=`/bin/ls /etc/rc.d/rc$runlevel.d/S* |/usr/bin/wc |/bin/awk '{ print $1 }'`
   export progress=1
   # HACK: count rc.sysinit stuff as startup scripts...
   sscripts=$(( $sscripts + 19 ))
   startanimate # start the animate
else
   # Kernel doesn't have bootsplash support --> switch to text
   export BOOTUP=color
fi
fi

demonlj 发表于 2005-7-31 21:50:23

写的好漂亮

llji 发表于 2005-11-4 21:09:32

谢谢呀,我已收藏!

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