1. 引 言
Linux 最初是由瑞典赫尔辛基大学的学生 Linus Torvalds在1991 年开发出来的，之后在 GNU的支持下，Linux 获得了巨大的发展。虽然 Linux 在桌面 PC 机上的普及程度远不及微软的 Windows 操作系统，但它的发展速度之快、用户数量的日益增多，也是微软所不能轻视的。而近些年来 Linux 在嵌入式领域的迅猛发展，更是给 Linux 注入了新的活力。
一个嵌入式 Linux 系统从软件角度看可以分为四个部分：引导加载程序（bootloader）， Linux 内核，文件系统，应用程序。
其中 bootloader是系统启动或复位以后执行的第一段代码，它主要用来初始化处理器及外设，然后调用 Linux 内核。Linux 内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统做为根文件系统（Root Filesystem）。根文件系统是 Linux 系统的核心组成部分，它可以做为Linux 系统中文件和数据的存储区域，通常它还包括系统配置文件和运行应用软件所需要的库。应用程序可以说是嵌入式系统的“灵魂”，它所实现的功能通常就是设计该 嵌入式系统所要达到的目标。如果没有应用程序的支持，任何硬件上设计精良的嵌入式系统都没有实用意义。
从以上分析我们可以看出 bootloader 和 Linux 内核在嵌入式系统中的关系和作用。Bootloader在运行过程中虽然具有初始化系统和执行用户输入的命令等作用，但它最根本的功能就是为了启动 Linux 内核。在嵌入式系统开发的过程中，很大一部分精力都是花在bootloader 和 Linux 内核的开发或移植上。如果能清楚的了解 bootloader 执行流程和 Linux的启动过程，将有助于明确开发过程中所需的工作，从而加速嵌入式系统的开发过程。而这正是本文的所要研究的内容。
2. Bootloader
2.1 Bootloader的概念和作用Bootloader是嵌入式系统的引导加载程序，它是系统上电后运行的第一段程序，其作用类似于 PC 机上的 BIOS。在完成对系统的初始化任务之后，它会将非易失存储器（通常是 Flash或 DOC 等）中的Linux 内核拷贝到 RAM 中去，然后跳转到内核的第一条指令处继续执行，从而启动 Linux 内核。由此可见，bootloader 和 Linux 内核有着密不可分的联系，要想清楚的了解 Linux内核的启动过程，我们必须先得认识 bootloader的执行过程，这样才能对嵌入式系统的整个启过程有清晰的掌握。
2.2 Bootloader的执行过程不同的处理器上电或复位后执行的第一条指令地址并不相同，对于 ARM 处理器来说，该地址为 0×00000000。对于一般的嵌入式系统，通常把 Flash 等非易失存储器映射到这个地址处，而 bootloader就位于该存储器的最前端，所以系统上电或复位后执行的第一段程序便是 bootloader。而因为存储 bootloader的存储器不同，bootloader的执行过程也并不相同，下面将具体分析。
嵌入式系统中广泛采用的非易失存储器通常是 Flash，而 Flash 又分为 Nor Flash 和Nand Flash 两种。 它们之间的不同在于： Nor Flash 支持芯片内执行（XIP， eXecute In Place），这样代码可以在Flash上直接执行而不必拷贝到RAM中去执行。而Nand Flash并不支持XIP，所以要想执行 Nand Flash 上的代码，必须先将其拷贝到 RAM中去，然后跳到 RAM 中去执行。实际应用中的 bootloader根据所需功能的不同可以设计得很复杂，除完成基本的初始化系统和调用 Linux 内核等基本任务外，还可以执行很多用户输入的命令，比如设置 Linux 启动参数，给 Flash 分区等；也可以设计得很简单，只完成最基本的功能。但为了能达到启动Linux 内核的目的，所有的 bootloader都必须具备以下功能[2] ：
1) 初始化 RAM
因为 Linux 内核一般都会在 RAM 中运行，所以在调用 Linux 内核之前 bootloader 必须设置和初始化 RAM，为调用 Linux内核做好准备。初始化 RAM 的任务包括设置 CPU 的控制寄存器参数，以便能正常使用 RAM 以及检测RAM 大小等。
2) 初始化串口串口在 Linux 的启动过程中有着非常重要的作用，它是 Linux内核和用户交互的方式之一。Linux 在启动过程中可以将信息通过串口输出，这样便可清楚的了解 Linux 的启动过程。虽然它并不是 bootloader 必须要完成的工作，但是通过串口输出信息是调试 bootloader 和Linux 内核的强有力的工具，所以一般的 bootloader 都会在执行过程中初始化一个串口做为调试端口。
3) 检测处理器类型
Bootloader在调用 Linux内核前必须检测系统的处理器类型，并将其保存到某个常量中提供给 Linux 内核。Linux 内核在启动过程中会根据该处理器类型调用相应的初始化程序。
4) 设置 Linux启动参数
Bootloader在执行过程中必须设置和初始化 Linux 的内核启动参数。目前传递启动参数主要采用两种方式：即通过 struct param_struct 和struct tag（标记列表，tagged list）两种结构传递。struct param_struct 是一种比较老的参数传递方式，在 2.4 版本以前的内核中使用较多。从 2.4 版本以后 Linux 内核基本上采用标记列表的方式。但为了保持和以前版本的兼容，它仍支持 struct param_struct 参数传递方式，只不过在内核启动过程中它将被转换成标记列表方式。
标记列表方式是种比较新的参数传递方式，它必须以 ATAG_CORE 开始，并以ATAG_NONE 结尾。中间可以根据需要加入其他列表。Linux内核在启动过程中会根据该启动参数进行相应的初始化工作。
5) 调用 Linux内核映像
Bootloader完成的最后一项工作便是调用 Linux内核。如果 Linux 内核存放在 Flash 中，并且可直接在上面运行（这里的 Flash 指 Nor Flash），那么可直接跳转到内核中去执行。但由于在 Flash 中执行代码会有种种限制，而且速度也远不及 RAM 快，所以一般的嵌入式系统都是将 Linux内核拷贝到 RAM 中，然后跳转到 RAM 中去执行。不论哪种情况，在跳到 Linux 内核执行之前 CUP的寄存器必须满足以下条件：r0＝0，r1＝处理器类型，r2＝标记列表在 RAM中的地址。
3. Linux内核的启动过程
在 bootloader将 Linux 内核映像拷贝到 RAM 以后，可以通过下例代码启动 Linux 内核：call_linux(0, machine_type, kernel_params_base)。
其中，machine_tpye 是 bootloader检测出来的处理器类型， kernel_params_base 是启动参数在 RAM 的地址。通过这种方式将 Linux 启动需要的参数从 bootloader传递到内核。Linux 内核有两种映像：一种是非压缩内核，叫 Image，另一种是它的压缩版本，叫zImage。根据内核映像的不同，Linux 内核的启动在开始阶段也有所不同。zImage 是 Image经过压缩形成的，所以它的大小比 Image 小。但为了能使用 zImage，必须在它的开头加上解压缩的代码，将 zImage 解压缩之后才能执行，因此它的执行速度比 Image 要慢。但考虑到嵌入式系统的存储空容量一般比较小，采用 zImage 可以占用较少的存储空间，因此牺牲一点能上的代价也是值得的。所以一般的嵌入式系统均采用压缩内核的方式。
对于 ARM 系列处理器来说，zImage 的入口程序即为 arch/arm/boot/compressed/head.S。它依次完成以下工作：开启 MMU 和 Cache，调用 decompress_kernel()解压内核，最后通过调用 call_kernel()进入非压缩内核 Image 的启动。下面将具体分析在此之后 Linux 内核的启动过程。
3.1 Linux内核入口
Linux 非压缩内核的入口位于文件/arch/arm/kernel/head-armv.S 中的 stext 段。该段的基地址就是压缩内核解压后的跳转地址。如果系统中加载的内核是非压缩的 Image，那么bootloader将内核从 Flash中拷贝到 RAM 后将直接跳到该地址处，从而启动 Linux 内核。不同体系结构的 Linux 系统的入口文件是不同的，而且因为该文件与具体体系结构有关，所以一般均用汇编语言编写[3]。对基于 ARM 处理的 Linux 系统来说，该文件就是head-armv.S。该程序通过查找处理器内核类型和处理器类型调用相应的初始化函数，再建立页表，最后跳转到 start_kernel()函数开始内核的初始化工作。
检测处理器内核类型是在汇编子函数__lookup_processor_type中完成的。通过以下代码可实现对它的调用：bl __lookup_processor_type。__lookup_processor_type调用结束返回原程序时，会将返回结果保存到寄存器中。 其中r8 保存了页表的标志位，r9 保存了处理器的 ID 号，r10 保存了与处理器相关的 struproc_info_list 结构地址。
检测处理器类型是在汇编子函数 __lookup_architecture_type 中完成的。与__lookup_processor_type类似，它通过代码：“bl __lookup_processor_type”来实现对它的调用。该函数返回时，会将返回结构保存在 r5、r6 和 r7 三个寄存器中。其中 r5 保存了 RAM 的起始基地址，r6 保存了 I/O基地址，r7 保存了 I/O的页表偏移地址。当检测处理器内核和处理器类型结束后，将调用__create_page_tables 子函数来建立页表，它所要做的工作就是将 RAM 基地址开始的 4M 空间的物理地址映射到 0xC0000000 开始的虚拟地址处。对笔者的 S3C2410 开发板而言，RAM 连接到物理地址 0×30000000 处，当调用 __create_page_tables 结束后 0×30000000 ～ 0×30400000 物理地址将映射到0xC0000000～0xC0400000 虚拟地址处。
当所有的初始化结束之后，使用如下代码来跳到 C 程序的入口函数 start_kernel()处，开始之后的内核初始化工作：
b SYMBOL_NAME(start_kernel)
3.2 start_kernel函数
start_kernel是所有 Linux 平台进入系统内核初始化后的入口函数，它主要完成剩余的与硬件平台相关的初始化工作，在进行一系列与内核相关的初始化后，调用第一个用户进程－init 进程并等待用户进程的执行，这样整个 Linux 内核便启动完毕。该函数所做的具体工作有[4][5] ：
1) 调用 setup_arch()函数进行与体系结构相关的第一个初始化工作；
对不同的体系结构来说该函数有不同的定义。对于 ARM 平台而言，该函数定义在arch/arm/kernel/Setup.c。它首先通过检测出来的处理器类型进行处理器内核的初始化，然后通过 bootmem_init()函数根据系统定义的 meminfo 结构进行内存结构的初始化，最后调用paging_init()开启 MMU，创建内核页表，映射所有的物理内存和 IO空间。
2) 创建异常向量表和初始化中断处理函数；
3) 初始化系统核心进程调度器和时钟中断处理机制；
4) 初始化串口控制台（serial-console）；
ARM-Linux 在初始化过程中一般都会初始化一个串口做为内核的控制台，这样内核在启动过程中就可以通过串口输出信息以便开发者或用户了解系统的启动进程。
5) 创建和初始化系统 cache，为各种内存调用机制提供缓存，包括;动态内存分配，虚拟文件系统（VirtualFile System）及页缓存。
6) 初始化内存管理，检测内存大小及被内核占用的内存情况；
7) 初始化系统的进程间通信机制（IPC）；
当以上所有的初始化工作结束后，start_kernel()函数会调用 rest_init()函数来进行最后的初始化，包括创建系统的第一个进程－init 进程来结束内核的启动。Init 进程首先进行一系列的硬件初始化，然后通过命令行传递过来的参数挂载根文件系统。最后 init 进程会执行用 户传递过来的“init＝”启动参数执行用户指定的命令，或者执行以下几个进程之一：
execve(“/sbin/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/etc/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/bin/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/bin/sh”,argv_init,envp_init)。
当所有的初始化工作结束后，cpu_idle()函数会被调用来使系统处于闲置（idle）状态并等待用户程序的执行。至此，整个 Linux 内核启动完毕。
4. 结论
Linux 内核是一个非常庞大的工程，经过十多年的发展，它已从从最初的几百 KB 大小发展到现在的几百兆。清晰的了解它执行的每一个过程是件非常困难的事。但是在嵌入式开发过程中，我们并不需要十分清楚 linux 的内部工作机制，只要适当修改 linux 内核中那些与硬件相关的部分，就可以将 linux 移植到其它目标平台上。通过对 linux 的启动过程的分 析，我们可以看出哪些是和硬件相关的，哪些是 linux 内核内部已实现的功能，这样在移植linux 的过程中便有所针对。而 linux内核的分层设计将使 linux 的移植变得更加容易.
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Linux的启动过程
Linux 最初是由瑞典赫尔辛基大学的学生 Linus Torvalds在1991 年开发出来的，之后在 GNU的支持下，Linux 获得了巨大的发展。虽然 Linux 在桌面 PC 机上的普及程度远不及微软的 Windows 操作系统，但它的发展速度之快、用户数量的日益增多，也是微软所不能轻视的。而近些年来 Linux 在嵌入式领域的迅猛发展，更是给 Linux 注入了新的活力。
一个嵌入式 Linux 系统从软件角度看可以分为四个部分：引导加载程序（bootloader）， Linux 内核，文件系统，应用程序。
其中 bootloader是系统启动或复位以后执行的第一段代码，它主要用来初始化处理器及外设，然后调用 Linux 内核。Linux 内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统做为根文件系统（Root Filesystem）。根文件系统是 Linux 系统的核心组成部分，它可以做为Linux 系统中文件和数据的存储区域，通常它还包括系统配置文件和运行应用软件所需要的库。应用程序可以说是嵌入式系统的“灵魂”，它所实现的功能通常就是设计该 嵌入式系统所要达到的目标。如果没有应用程序的支持，任何硬件上设计精良的嵌入式系统都没有实用意义。
从以上分析我们可以看出 bootloader 和 Linux 内核在嵌入式系统中的关系和作用。Bootloader在运行过程中虽然具有初始化系统和执行用户输入的命令等作用，但它最根本的功能就是为了启动 Linux 内核。在嵌入式系统开发的过程中，很大一部分精力都是花在bootloader 和 Linux 内核的开发或移植上。如果能清楚的了解 bootloader 执行流程和 Linux的启动过程，将有助于明确开发过程中所需的工作，从而加速嵌入式系统的开发过程。而这正是本文的所要研究的内容。
2. Bootloader
2.1 Bootloader的概念和作用Bootloader是嵌入式系统的引导加载程序，它是系统上电后运行的第一段程序，其作用类似于 PC 机上的 BIOS。在完成对系统的初始化任务之后，它会将非易失存储器（通常是 Flash或 DOC 等）中的Linux 内核拷贝到 RAM 中去，然后跳转到内核的第一条指令处继续执行，从而启动 Linux 内核。由此可见，bootloader 和 Linux 内核有着密不可分的联系，要想清楚的了解 Linux内核的启动过程，我们必须先得认识 bootloader的执行过程，这样才能对嵌入式系统的整个启过程有清晰的掌握。
2.2 Bootloader的执行过程不同的处理器上电或复位后执行的第一条指令地址并不相同，对于 ARM 处理器来说，该地址为 0×00000000。对于一般的嵌入式系统，通常把 Flash 等非易失存储器映射到这个地址处，而 bootloader就位于该存储器的最前端，所以系统上电或复位后执行的第一段程序便是 bootloader。而因为存储 bootloader的存储器不同，bootloader的执行过程也并不相同，下面将具体分析。
嵌入式系统中广泛采用的非易失存储器通常是 Flash，而 Flash 又分为 Nor Flash 和Nand Flash 两种。 它们之间的不同在于： Nor Flash 支持芯片内执行（XIP， eXecute In Place），这样代码可以在Flash上直接执行而不必拷贝到RAM中去执行。而Nand Flash并不支持XIP，所以要想执行 Nand Flash 上的代码，必须先将其拷贝到 RAM中去，然后跳到 RAM 中去执行。实际应用中的 bootloader根据所需功能的不同可以设计得很复杂，除完成基本的初始化系统和调用 Linux 内核等基本任务外，还可以执行很多用户输入的命令，比如设置 Linux 启动参数，给 Flash 分区等；也可以设计得很简单，只完成最基本的功能。但为了能达到启动Linux 内核的目的，所有的 bootloader都必须具备以下功能[2] ：
1) 初始化 RAM
因为 Linux 内核一般都会在 RAM 中运行，所以在调用 Linux 内核之前 bootloader 必须设置和初始化 RAM，为调用 Linux内核做好准备。初始化 RAM 的任务包括设置 CPU 的控制寄存器参数，以便能正常使用 RAM 以及检测RAM 大小等。
2) 初始化串口串口在 Linux 的启动过程中有着非常重要的作用，它是 Linux内核和用户交互的方式之一。Linux 在启动过程中可以将信息通过串口输出，这样便可清楚的了解 Linux 的启动过程。虽然它并不是 bootloader 必须要完成的工作，但是通过串口输出信息是调试 bootloader 和Linux 内核的强有力的工具，所以一般的 bootloader 都会在执行过程中初始化一个串口做为调试端口。
3) 检测处理器类型
Bootloader在调用 Linux内核前必须检测系统的处理器类型，并将其保存到某个常量中提供给 Linux 内核。Linux 内核在启动过程中会根据该处理器类型调用相应的初始化程序。
4) 设置 Linux启动参数
Bootloader在执行过程中必须设置和初始化 Linux 的内核启动参数。目前传递启动参数主要采用两种方式：即通过 struct param_struct 和struct tag（标记列表，tagged list）两种结构传递。struct param_struct 是一种比较老的参数传递方式，在 2.4 版本以前的内核中使用较多。从 2.4 版本以后 Linux 内核基本上采用标记列表的方式。但为了保持和以前版本的兼容，它仍支持 struct param_struct 参数传递方式，只不过在内核启动过程中它将被转换成标记列表方式。
标记列表方式是种比较新的参数传递方式，它必须以 ATAG_CORE 开始，并以ATAG_NONE 结尾。中间可以根据需要加入其他列表。Linux内核在启动过程中会根据该启动参数进行相应的初始化工作。
5) 调用 Linux内核映像
Bootloader完成的最后一项工作便是调用 Linux内核。如果 Linux 内核存放在 Flash 中，并且可直接在上面运行（这里的 Flash 指 Nor Flash），那么可直接跳转到内核中去执行。但由于在 Flash 中执行代码会有种种限制，而且速度也远不及 RAM 快，所以一般的嵌入式系统都是将 Linux内核拷贝到 RAM 中，然后跳转到 RAM 中去执行。不论哪种情况，在跳到 Linux 内核执行之前 CUP的寄存器必须满足以下条件：r0＝0，r1＝处理器类型，r2＝标记列表在 RAM中的地址。
3. Linux内核的启动过程
在 bootloader将 Linux 内核映像拷贝到 RAM 以后，可以通过下例代码启动 Linux 内核：call_linux(0, machine_type, kernel_params_base)。
其中，machine_tpye 是 bootloader检测出来的处理器类型， kernel_params_base 是启动参数在 RAM 的地址。通过这种方式将 Linux 启动需要的参数从 bootloader传递到内核。Linux 内核有两种映像：一种是非压缩内核，叫 Image，另一种是它的压缩版本，叫zImage。根据内核映像的不同，Linux 内核的启动在开始阶段也有所不同。zImage 是 Image经过压缩形成的，所以它的大小比 Image 小。但为了能使用 zImage，必须在它的开头加上解压缩的代码，将 zImage 解压缩之后才能执行，因此它的执行速度比 Image 要慢。但考虑到嵌入式系统的存储空容量一般比较小，采用 zImage 可以占用较少的存储空间，因此牺牲一点能上的代价也是值得的。所以一般的嵌入式系统均采用压缩内核的方式。
对于 ARM 系列处理器来说，zImage 的入口程序即为 arch/arm/boot/compressed/head.S。它依次完成以下工作：开启 MMU 和 Cache，调用 decompress_kernel()解压内核，最后通过调用 call_kernel()进入非压缩内核 Image 的启动。下面将具体分析在此之后 Linux 内核的启动过程。
3.1 Linux内核入口
Linux 非压缩内核的入口位于文件/arch/arm/kernel/head-armv.S 中的 stext 段。该段的基地址就是压缩内核解压后的跳转地址。如果系统中加载的内核是非压缩的 Image，那么bootloader将内核从 Flash中拷贝到 RAM 后将直接跳到该地址处，从而启动 Linux 内核。不同体系结构的 Linux 系统的入口文件是不同的，而且因为该文件与具体体系结构有关，所以一般均用汇编语言编写[3]。对基于 ARM 处理的 Linux 系统来说，该文件就是head-armv.S。该程序通过查找处理器内核类型和处理器类型调用相应的初始化函数，再建立页表，最后跳转到 start_kernel()函数开始内核的初始化工作。
检测处理器内核类型是在汇编子函数__lookup_processor_type中完成的。通过以下代码可实现对它的调用：bl __lookup_processor_type。__lookup_processor_type调用结束返回原程序时，会将返回结果保存到寄存器中。 其中r8 保存了页表的标志位，r9 保存了处理器的 ID 号，r10 保存了与处理器相关的 struproc_info_list 结构地址。
检测处理器类型是在汇编子函数 __lookup_architecture_type 中完成的。与__lookup_processor_type类似，它通过代码：“bl __lookup_processor_type”来实现对它的调用。该函数返回时，会将返回结构保存在 r5、r6 和 r7 三个寄存器中。其中 r5 保存了 RAM 的起始基地址，r6 保存了 I/O基地址，r7 保存了 I/O的页表偏移地址。当检测处理器内核和处理器类型结束后，将调用__create_page_tables 子函数来建立页表，它所要做的工作就是将 RAM 基地址开始的 4M 空间的物理地址映射到 0xC0000000 开始的虚拟地址处。对笔者的 S3C2410 开发板而言，RAM 连接到物理地址 0×30000000 处，当调用 __create_page_tables 结束后 0×30000000 ～ 0×30400000 物理地址将映射到0xC0000000～0xC0400000 虚拟地址处。
当所有的初始化结束之后，使用如下代码来跳到 C 程序的入口函数 start_kernel()处，开始之后的内核初始化工作：
b SYMBOL_NAME(start_kernel)
3.2 start_kernel函数
start_kernel是所有 Linux 平台进入系统内核初始化后的入口函数，它主要完成剩余的与硬件平台相关的初始化工作，在进行一系列与内核相关的初始化后，调用第一个用户进程－init 进程并等待用户进程的执行，这样整个 Linux 内核便启动完毕。该函数所做的具体工作有[4][5] ：
1) 调用 setup_arch()函数进行与体系结构相关的第一个初始化工作；
对不同的体系结构来说该函数有不同的定义。对于 ARM 平台而言，该函数定义在arch/arm/kernel/Setup.c。它首先通过检测出来的处理器类型进行处理器内核的初始化，然后通过 bootmem_init()函数根据系统定义的 meminfo 结构进行内存结构的初始化，最后调用paging_init()开启 MMU，创建内核页表，映射所有的物理内存和 IO空间。
2) 创建异常向量表和初始化中断处理函数；
3) 初始化系统核心进程调度器和时钟中断处理机制；
4) 初始化串口控制台（serial-console）；
ARM-Linux 在初始化过程中一般都会初始化一个串口做为内核的控制台，这样内核在启动过程中就可以通过串口输出信息以便开发者或用户了解系统的启动进程。
5) 创建和初始化系统 cache，为各种内存调用机制提供缓存，包括;动态内存分配，虚拟文件系统（VirtualFile System）及页缓存。
6) 初始化内存管理，检测内存大小及被内核占用的内存情况；
7) 初始化系统的进程间通信机制（IPC）；
当以上所有的初始化工作结束后，start_kernel()函数会调用 rest_init()函数来进行最后的初始化，包括创建系统的第一个进程－init 进程来结束内核的启动。Init 进程首先进行一系列的硬件初始化，然后通过命令行传递过来的参数挂载根文件系统。最后 init 进程会执行用 户传递过来的“init＝”启动参数执行用户指定的命令，或者执行以下几个进程之一：
execve(“/sbin/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/etc/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/bin/init”,argv_init,envp_init);
execve(“/bin/sh”,argv_init,envp_init)。
当所有的初始化工作结束后，cpu_idle()函数会被调用来使系统处于闲置（idle）状态并等待用户程序的执行。至此，整个 Linux 内核启动完毕。
4. 结论
Linux 内核是一个非常庞大的工程，经过十多年的发展，它已从从最初的几百 KB 大小发展到现在的几百兆。清晰的了解它执行的每一个过程是件非常困难的事。但是在嵌入式开发过程中，我们并不需要十分清楚 linux 的内部工作机制，只要适当修改 linux 内核中那些与硬件相关的部分，就可以将 linux 移植到其它目标平台上。通过对 linux 的启动过程的分 析，我们可以看出哪些是和硬件相关的，哪些是 linux 内核内部已实现的功能，这样在移植linux 的过程中便有所针对。而 linux内核的分层设计将使 linux 的移植变得更加容易.
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Linux的启动过程
整个开机流程是
(1)载入BIOS的硬件信息，并取得第一个开机装置的代号
(2)读取第一个开机装置的MBR的boot Loader (grub)的开机信息
(3)载入OS Kernel信息，解压Kernel，尝试驱动硬件
(4)Kernel执行init程序并获得run-lebel信息(如3或5)
(5)init执行/etc/rc.d/rc.sysinit
(6)启动内核外挂模块(/etc/modprobe.conf)
(7)init执行run-level的各种Scripts，启动服务
(8)init执行/etc/rc.d/rc.local
(9)执行/bin/login，等待用户Login
(10)Login后进入Shell
Linux启动过程综述
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/startup/
剖析Linux系统启动过程
http://www.5dmail.net/html/2004-11-29/20041129102711.htm
Linux 初始 RAM 磁盘（initrd）概述
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-initrd.html
Linux2.6 内核的 Initrd 机制解析
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-k26initrd/
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Linux启动过程详解
启动第一步－－加载BIOS
当你打开计算机电源，计算机会首先加载BIOS信息，BIOS信息是如此的重要，以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了 CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后，计算机心里就有谱了，知道应该去读取哪个硬件设备了。
启动第二步－－读取MBR
众所周知，硬盘上第0磁道第一个扇区被称为MBR，也就是Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是512字节，别看地方不大，可里面却存放了预启动信息、分区表信息。
系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后，就会将其复制到0x7c00地址所在的物理内存中。其实被复制到物理内存的内容就是Boot Loader，而具体到你的电脑，那就是lilo或者grub了。
启动第三步－－Boot Loader
Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好一切准备。
Boot Loader有若干种，其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的Loader。
我们以Grub为例来讲解吧，毕竟用lilo和spfdisk的人并不多。
系统读取内存中的grub配置信息（一般为menu.lst或grub.lst），并依照此配置信息来启动不同的操作系统。
启动第四步－－加载内核
根据grub设定的内核映像所在路径，系统读取内存映像，并进行解压缩操作。此时，屏幕一般会输出“Uncompressing Linux”的提示。当解压缩内核完成后，屏幕输出“OK, booting the kernel”。
系统将解压后的内核放置在内存之中，并调用start_kernel()函数来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备，完成Linux核心环境的建立。至此，Linux内核已经建立起来了，基于Linux的程序应该可以正常运行了。
启动第五步－－用户层init依据inittab文件来设定运行等级
内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，该文件会读取/etc/inittab文件，并依据此文件来进行初始化工作。
其实/etc/inittab文件最主要的作用就是设定Linux的运行等级，其设定形式是“：id:5:initdefault:”，这就表明Linux需要运行在等级5上。Linux的运行等级设定如下：
0：关机
1：单用户模式
2：无网络支持的多用户模式
3：有网络支持的多用户模式
4：保留，未使用
5：有网络支持有X-Window支持的多用户模式
6：重新引导系统，即重启
关于/etc/inittab文件的学问，其实还有很多，在后序文章中设计到的，卖个关子，敬请期待，呵呵
启动第六步－－init进程执行rc.sysinit
在设定了运行等级后，Linux系统执行的第一个用户层文件就是/etc/rc.d/rc.sysinit脚本程序，它做的工作非常多，包括设定 PATH、设定网络配置（/etc/sysconfig/network）、启动swap分区、设定/proc等等。如果你有兴趣，可以到/etc /rc.d中查看一下rc.sysinit文件，里面的脚本够你看几天的:P
启动第七步－－启动内核模块
具体是依据/etc/modules.conf文件或/etc/modules.d目录下的文件来装载内核模块。
启动第八步－－执行不同运行级别的脚本程序
根据运行级别的不同，系统会运行rc0.d到rc6.d中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。
启动第九步－－执行/etc/rc.d/rc.local
你如果打开了此文件，里面有一句话，读过之后，你就会对此命令的作用一目了然：
# This script will be executed *after* all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don’t
# want to do the full Sys V style init stuff.
rc.local就是在一切初始化工作后，Linux留给用户进行个性化的地方。你可以把你想设置和启动的东西放到这里。
启动第十步－－执行/bin/login程序，进入登录状态
此时，系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了，你已经可以用自己的帐号登入系统了。:)
===
漫长的启动过程结束了，一切都清静了…
其实在这背后，还有着更加复杂的底层函数调用，等待着你去研究…本文就算抛砖引玉了:)
本文参考了如下文章，精炼荟萃而成：
http://bbs.chinaunix.net/thread-835918-1-1.html
http://hi.baidu.com/fembed/blog/item/b9f0881f51145866f624e4be.html
http://baike.baidu.com/view/9485.htm
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linux系统的启动过程是由很多步骤组成的，但是，无论你是启动一个标准的x86桌面计算机，还是一个嵌入式PowerPC的目标板，大多数的流程是惊
人得相似的。这篇文章，探索了linux从最初的启动准备到用户空间中某个程序被开启之间的启动过程，跟随这个流程，你还能学到其他许多与启动有关的知
识，例如，boot loaders，内核解压缩，初始化内存盘，以及其他一些linux启动的部分。
在很早的时候，启动一个计算机意味着去喂那些包含启动程序的纸带,或者通过手工使用前面板那密密麻麻的地址/数据/控制开关来加载启动程序，但是，简化这个流程并非必须的。
让我们首先从一个较高的高度上来对linux的启动做一个全面的分析，然后，我们会回顾一下，在每一个独立的过程中，发生了什么事情。在这途中的参考源代码将帮助你在内核树中不至于迷失方向，并能继续深入挖掘下去。
一、 概述 图1将是对启动过程的整体回顾：
当 系统一开始被启动，或者重新启动时，处理器将在众所周知的位置执行代码。在个人电脑上，这个位置处于基本输入输出系统中，也就是我们所说的BIOS，它是 被存储在主板上的闪存中的。在嵌入式系统中,中央处理器（CPU）则将复位区域激活，来开始执行flash或者ROM中的已知的程序。在其它情况中，基本 的过程是一样的。由于个人电脑提供了众多灵活的可选设备，BIOS必须确定，由哪一个设备来执行启动过程。在接下来的文章中我们将涉及这方面的更多的内 容。
当找到启动设备时，第一阶段所用的boot loader被装载到RAM中并被执行。这里的boot loader在大小上小于一个扇区的大小，也就是512字节，而它的任务，就是加载第二阶段的boot loader。
当负责第二阶段的boot loader位于内存中并被执行时，通常会显示一个一闪而过的屏幕，然后linux以及可选的初始化内存盘（一种临时的根文件系统，如果想得到具体的介绍，请访问http://likunarmstrong.bokee.com/5502266.html) 会被装载到存储器中。当系统镜像被加载时，第二阶段的boot loader将把控制权转交给内核镜像，与此同时，内核开始自解压并初始化。在这个阶段，第二阶段的boot loader会检查系统的硬件，枚举那些附加的硬件设备，挂载根设备，之后加载需要的内核模块。完成之后，第一个用户空间程序（init）开始执行，更高 层次的系统初始化开始。
这就是从表面上看，linux的启动过程。好了，现在，让我们更进一步，更深入地探索linux启动过程中的一些细节。
二、 系统的启动
系 统启动的阶段，依赖于linux在哪个硬件设备上启动。在嵌入式系统中，当系统被打开或者重新启动的时候，就要使用启动加载的环境。这方面的例子包括U- BOOT，RedBoot，和Lucent推出的MicroMonitor。嵌入式平台通常是绑定了启动监视器的。这些程序位于目标硬件上flash存储 器的特定位置，提供了将linux内核镜像下载到flash存储器的方法，并在接下来的过程中执行它。除了拥有存储和启动linux镜像的功能外，这些启 动监视器还能进行一定程度上的系统检测和硬件初始化。在一个嵌入式的目标板中，这些启动监视器通常覆盖了第一阶段与第二阶段boot loader的功能。
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小知识：如何查看你的MBR内容。如果你希望查看你MBR的具体内容，请用以下命令：
# dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1
# od -xa mbr.bin
需要以root身份运行的dd命令，读取你的第一个集成电子驱动器或者IDE驱动器的前512字节，并将他们写入
mbr.bim文件。od命令则是以十六进制和ASCII码形式打印出这个二进制文件
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在个人电脑中，linux的启动是从0xFFFF0地址开始的。BIOS的第一步动作就是进行上电自检（POST）。POST的工作是检查硬件设备。BIOS的第二步动作就是枚举本地设备并初始化。
由于BIOS功能使用上的不同，它由两个部分组成：POST码runtime服务。POST完成后，它将从存储器中被清除，但是BIOS runtime服务会被保留，用于目标操作系统。
为 了启动操作系统，BIOS的runtime服务将搜索那些激活状态的或是可引导启动的设备，搜索的顺序则由CMOS设置决定（也就是我们平时所谓的在 BIOS中设置的启动顺序）。一个软驱，一台光驱，一个硬盘上的分区，网络上的设备甚至一个usb 闪存盘都可以作为一个启动设备。
当然，linux通常是从硬盘启动的。硬盘上的MBR（主启动记录）包含有基本的boot loader，它是一个512字节大小的扇区，位于磁盘的第一个扇区（0磁头0磁道1扇区）。当MBR被装载到RAM中后，BIOS就会将控制权转交给MBR。
三、 第一阶段boot loader
位 于MBR中的主boot loader是一个512字节的镜像，其中不仅包含了程序代码，还包含了一个小的分区表，如图2所示。最初的446字节是主boot loader，它里面就包含有可执行代码以及错误消息文本。接下来的64字节是分区表，其中包含有四个分区的各自的记录（一个分区占16字节）。MBR通 过特殊数字0xAA55（译者注：在电子界中AA55确实是具有传奇色彩的数字，想知道为什么么？将它展开成二进制形式，看看有什么规律）作为两个字节的 结束标志。0x55AA同时也是MBR有效的校验确认。
主boot loader的工作是寻找并加载第二boot loader。它通过分析分区表，找出激活分区来完成这个任务，当它找到一个激活分区时，它将继续扫描剩下的分区表中的分区，以便确认他们都是未激活的。 确认完毕后，激活分区的启动记录从设备中被读到RAM，并被执行。
四、 第二阶段boot loader
起着次作用，或者说是第二boot loader，可以更加形象得被称为内核加载程序。这个阶段的任务就是加载linux内核，以及可选的初始化内存盘。
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小知识：GRUB阶段的boot loaders
在/boot/grub目录中包含有stage1,stage2和stage1.5的boot loaders，同时还有不少可选的loaders（例如，CD-ROM使用的就是iso9660_stage_1_5）
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把 第一阶段和第二阶段的boot loaders联合起来，就是在x86个人电脑中，我们所说的linux loader（LILO）或者GRand Unified Bootloader(GRUB)。由于GRUB修正了一些LILO中存在的缺陷，因此下面就让我们来看看GRUB（如果你希望得到更多的关于 GRUB，LILO和与之相关话题的讨论资源，请见文后的参考资料）
对于GRUB来说，一个比较好的方面就是它包含了linux文件系统的知识。 与LILO使用裸扇区不同的是，GRUB能够从ext2或者ext3文件系统中加载linux内核。它是通过将本来两阶段的boot loader转换成三个阶段的boot loader。在第一阶段（MBR）中会启动stage1.5的boot loader来理解linux内核镜像中的特殊的文件系统格式，例如，reiserfs_stage1-5(用于从reiserf日志文件系统中进行加 载)或e2fs+stage1_5(用于从wxt2或ext3文件系统进行加载）。当stage1.5的boot loader被加载并运行时，stage2 的boot loader才能被加载。
当stage2被加载时，GRUB能根据请求的情况显示一个可 选内核的清单（在 /etc/grub.conf 中进行定义，同时还有几个软符号链接 /etc/grub/menu.lst 和 /etc/grub.conf)。你可以选择一个内核，修改其附加的内核参数。同时，你可以选择使用命令行的shell来对启动过程进行更深层次的手工控 制。
在第二阶段boot loader存在与内存中后，就可以对文件系统进行查询了，同时，默认的内核镜像以及初始化内存盘镜像也被加载到内存中。一切准备完毕之后，第二阶段的boot loader就会调用内核镜像。
五、 内核
（译 者注：在翻译本章的时候，译者发现IBM网站上已有译好的文章，因此从本章开始以官方网站上的内容为主）。当内核映像被加载到内存中，并且阶段 2 的引导加载程序释放控制权之后，内核阶段就开始了。内核映像并不是一个可执行的内核，而是一个压缩过的内核映像。通常它是一个 zImage（压缩映像，小于 512KB）或一个 bzImage（较大的压缩映像，大于 512KB），它是提前使用 zlib 进行压缩过的。在这个内核映像前面是一个例程，它实现少量硬件设置，并对内核映像中包含的内核进行解压，然后将其放入高端内存中，如果有初始 RAM 磁盘映像，就会将它移动到内存中，并标明以后使用。然后该例程会调用内核，并开始启动内核引导的过程。
当 bzImage（用于 i386 映像）被调用时，我们从 ./arch/i386/boot/head.S 的 start 汇编例程开始执行（主要流程图请参看图 3）。这个例程会执行一些基本的硬件设置，并调用 ./arch/i386/boot/compressed/head.S 中的 startup_32 例程。此例程会设置一个基本的环境（堆栈等），并清除 Block Started by Symbol（BSS）。然后调用一个叫做 decompress_kernel 的 C 函数（在 ./arch/i386/boot/compressed/misc.c 中）来解压内核。当内核被解压到内存中之后，就可以调用它了。这是另外一个 startup_32 函数，但是这个函数在 ./arch/i386/kernel/head.S 中。
在这个新的 startup_32 函数（也称为清除程序或进程 0）中，会对页表进行初始化，并启用内存分页功能。然后会为任何可选的浮点单元（FPU）检测 CPU 的类型，并将其存储起来供以后使用。然后调用 start_kernel 函数（在 init/main.c 中），它会将您带入与体系结构无关的 Linux 内核部分。实际上，这就是 Linux 内核的 main 函数。
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小知识：GRUB 中的手工引导
在 GRUB 命令行中，我们可以使用 initrd 映像引导一个特定的内核，方法如下：
grub> kernel /bzImage-2.6.14.2
[Linux-bzImage, setup=0x1400, size=0x29672e]
grub> initrd /initrd-2.6.14.2.img
[Linux-initrd @ 0x5f13000, 0xcc199 bytes]
grub> boot
Uncompressing Linux... Ok, booting the kernel.
如果您不知道要引导的内核的名称，只需使用斜线（/）然后按下 Tab 键即可。GRUB 会显示内核和 initrd 映像列表。
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通 过调用 start_kernel，会调用一系列初始化函数来设置中断，执行进一步的内存配置，并加载初始 RAM 磁盘。最后，要调用 kernel_thread（在 arch/i386/kernel/process.c 中）来启动 init 函数，这是第一个用户空间进程（user-space process）。最后，启动空任务，现在调度器就可以接管控制权了（在调用 cpu_idle 之后）。通过启用中断，抢占式的调度器就可以周期性地接管控制权，从而提供多任务处理能力。
在内核引导过程中，初始 RAM 磁盘（initrd）是由阶段 2 引导加载程序加载到内存中的，它会被复制到 RAM 中并挂载到系统上。这个 initrd 会作为 RAM 中的临时根文件系统使用，并允许内核在没有挂载任何物理磁盘的情况下完整地实现引导。由于与外围设备进行交互所需要的模块可能是 initrd 的一部分，因此内核可以非常小，但是仍然需要支持大量可能的硬件配置。在内核引导之后，就可以正式装备根文件系统了（通过 pivot_root）：此时会将 initrd 根文件系统卸载掉，并挂载真正的根文件系统。
initrd 函数让我们可以创建一个小型的 Linux 内核，其中包括作为可加载模块编译的驱动程序。这些可加载的模块为内核提供了访问磁盘和磁盘上的文件系统的方法，并为其他硬件提供了驱动程序。由于根文件 系统是磁盘上的一个文件系统，因此 initrd 函数会提供一种启动方法来获得对磁盘的访问，并挂载真正的根文件系统。在一个没有硬盘的嵌入式环境中，initrd 可以是最终的根文件系统，或者也可以通过网络文件系统（NFS）来挂载最终的根文件系统。
六、 init的介绍与结束语
当内核被引导并进行初始化之后，内核就可以启动自己的第一个用户空间应用程序了。这是第一个调用的使用标准 C 库编译的程序。在此之前，还没有执行任何标准的 C 应用程序。
在 桌面 Linux 系统上，第一个启动的程序通常是 /sbin/init。但是这不是一定的。很少有嵌入式系统会需要使用 init 所提供的丰富初始化功能（这是通过 /etc/inittab 进行配置的）。在很多情况下，我们可以调用一个简单的 shell 脚本来启动必需的嵌入式应用程序。
与Linux 本身非常类似，Linux 的引导过程也非常灵活，可以支持众多的处理器和硬件平台。最初，加载引导加载程序提供了一种简单的方法，不用任何花架子就可以引导 Linux。LILO 引导加载程序对引导能力进行了扩充，但是它却缺少文件系统的感知能力。最新一代的引导加载程序，例如 GRUB，允许 Linux 从一些文件系统（从 Minix 到 Reise）上进行引导.
(1)载入BIOS的硬件信息，并取得第一个开机装置的代号
(2)读取第一个开机装置的MBR的boot Loader (grub)的开机信息
(3)载入OS Kernel信息，解压Kernel，尝试驱动硬件
(4)Kernel执行init程序并获得run-lebel信息(如3或5)
(5)init执行/etc/rc.d/rc.sysinit
(6)启动内核外挂模块(/etc/modprobe.conf)
(7)init执行run-level的各种Scripts，启动服务
(8)init执行/etc/rc.d/rc.local
(9)执行/bin/login，等待用户Login
(10)Login后进入Shell
Linux启动过程综述
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/startup/
剖析Linux系统启动过程
http://www.5dmail.net/html/2004-11-29/20041129102711.htm
Linux 初始 RAM 磁盘（initrd）概述
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-initrd.html
Linux2.6 内核的 Initrd 机制解析
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-k26initrd/
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Linux启动过程详解
启动第一步－－加载BIOS
当你打开计算机电源，计算机会首先加载BIOS信息，BIOS信息是如此的重要，以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了 CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后，计算机心里就有谱了，知道应该去读取哪个硬件设备了。
启动第二步－－读取MBR
众所周知，硬盘上第0磁道第一个扇区被称为MBR，也就是Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是512字节，别看地方不大，可里面却存放了预启动信息、分区表信息。
系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后，就会将其复制到0x7c00地址所在的物理内存中。其实被复制到物理内存的内容就是Boot Loader，而具体到你的电脑，那就是lilo或者grub了。
启动第三步－－Boot Loader
Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好一切准备。
Boot Loader有若干种，其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的Loader。
我们以Grub为例来讲解吧，毕竟用lilo和spfdisk的人并不多。
系统读取内存中的grub配置信息（一般为menu.lst或grub.lst），并依照此配置信息来启动不同的操作系统。
启动第四步－－加载内核
根据grub设定的内核映像所在路径，系统读取内存映像，并进行解压缩操作。此时，屏幕一般会输出“Uncompressing Linux”的提示。当解压缩内核完成后，屏幕输出“OK, booting the kernel”。
系统将解压后的内核放置在内存之中，并调用start_kernel()函数来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备，完成Linux核心环境的建立。至此，Linux内核已经建立起来了，基于Linux的程序应该可以正常运行了。
启动第五步－－用户层init依据inittab文件来设定运行等级
内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，该文件会读取/etc/inittab文件，并依据此文件来进行初始化工作。
其实/etc/inittab文件最主要的作用就是设定Linux的运行等级，其设定形式是“：id:5:initdefault:”，这就表明Linux需要运行在等级5上。Linux的运行等级设定如下：
0：关机
1：单用户模式
2：无网络支持的多用户模式
3：有网络支持的多用户模式
4：保留，未使用
5：有网络支持有X-Window支持的多用户模式
6：重新引导系统，即重启
关于/etc/inittab文件的学问，其实还有很多，在后序文章中设计到的，卖个关子，敬请期待，呵呵
启动第六步－－init进程执行rc.sysinit
在设定了运行等级后，Linux系统执行的第一个用户层文件就是/etc/rc.d/rc.sysinit脚本程序，它做的工作非常多，包括设定 PATH、设定网络配置（/etc/sysconfig/network）、启动swap分区、设定/proc等等。如果你有兴趣，可以到/etc /rc.d中查看一下rc.sysinit文件，里面的脚本够你看几天的:P
启动第七步－－启动内核模块
具体是依据/etc/modules.conf文件或/etc/modules.d目录下的文件来装载内核模块。
启动第八步－－执行不同运行级别的脚本程序
根据运行级别的不同，系统会运行rc0.d到rc6.d中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。
启动第九步－－执行/etc/rc.d/rc.local
你如果打开了此文件，里面有一句话，读过之后，你就会对此命令的作用一目了然：
# This script will be executed *after* all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don’t
# want to do the full Sys V style init stuff.
rc.local就是在一切初始化工作后，Linux留给用户进行个性化的地方。你可以把你想设置和启动的东西放到这里。
启动第十步－－执行/bin/login程序，进入登录状态
此时，系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了，你已经可以用自己的帐号登入系统了。:)
===
漫长的启动过程结束了，一切都清静了…
其实在这背后，还有着更加复杂的底层函数调用，等待着你去研究…本文就算抛砖引玉了:)
本文参考了如下文章，精炼荟萃而成：
http://bbs.chinaunix.net/thread-835918-1-1.html
http://hi.baidu.com/fembed/blog/item/b9f0881f51145866f624e4be.html
http://baike.baidu.com/view/9485.htm
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深入理解linux启动过程
在很早的时候，启动一个计算机意味着去喂那些包含启动程序的纸带,或者通过手工使用前面板那密密麻麻的地址/数据/控制开关来加载启动程序，但是，简化这个流程并非必须的。
让我们首先从一个较高的高度上来对linux的启动做一个全面的分析，然后，我们会回顾一下，在每一个独立的过程中，发生了什么事情。在这途中的参考源代码将帮助你在内核树中不至于迷失方向，并能继续深入挖掘下去。
一、 概述 图1将是对启动过程的整体回顾：
当 系统一开始被启动，或者重新启动时，处理器将在众所周知的位置执行代码。在个人电脑上，这个位置处于基本输入输出系统中，也就是我们所说的BIOS，它是 被存储在主板上的闪存中的。在嵌入式系统中,中央处理器（CPU）则将复位区域激活，来开始执行flash或者ROM中的已知的程序。在其它情况中，基本 的过程是一样的。由于个人电脑提供了众多灵活的可选设备，BIOS必须确定，由哪一个设备来执行启动过程。在接下来的文章中我们将涉及这方面的更多的内 容。
当找到启动设备时，第一阶段所用的boot loader被装载到RAM中并被执行。这里的boot loader在大小上小于一个扇区的大小，也就是512字节，而它的任务，就是加载第二阶段的boot loader。
当负责第二阶段的boot loader位于内存中并被执行时，通常会显示一个一闪而过的屏幕，然后linux以及可选的初始化内存盘（一种临时的根文件系统，如果想得到具体的介绍，请访问http://likunarmstrong.bokee.com/5502266.html) 会被装载到存储器中。当系统镜像被加载时，第二阶段的boot loader将把控制权转交给内核镜像，与此同时，内核开始自解压并初始化。在这个阶段，第二阶段的boot loader会检查系统的硬件，枚举那些附加的硬件设备，挂载根设备，之后加载需要的内核模块。完成之后，第一个用户空间程序（init）开始执行，更高 层次的系统初始化开始。
这就是从表面上看，linux的启动过程。好了，现在，让我们更进一步，更深入地探索linux启动过程中的一些细节。
二、 系统的启动
系 统启动的阶段，依赖于linux在哪个硬件设备上启动。在嵌入式系统中，当系统被打开或者重新启动的时候，就要使用启动加载的环境。这方面的例子包括U- BOOT，RedBoot，和Lucent推出的MicroMonitor。嵌入式平台通常是绑定了启动监视器的。这些程序位于目标硬件上flash存储 器的特定位置，提供了将linux内核镜像下载到flash存储器的方法，并在接下来的过程中执行它。除了拥有存储和启动linux镜像的功能外，这些启 动监视器还能进行一定程度上的系统检测和硬件初始化。在一个嵌入式的目标板中，这些启动监视器通常覆盖了第一阶段与第二阶段boot loader的功能。
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小知识：如何查看你的MBR内容。如果你希望查看你MBR的具体内容，请用以下命令：
# dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1
# od -xa mbr.bin
需要以root身份运行的dd命令，读取你的第一个集成电子驱动器或者IDE驱动器的前512字节，并将他们写入
mbr.bim文件。od命令则是以十六进制和ASCII码形式打印出这个二进制文件
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在个人电脑中，linux的启动是从0xFFFF0地址开始的。BIOS的第一步动作就是进行上电自检（POST）。POST的工作是检查硬件设备。BIOS的第二步动作就是枚举本地设备并初始化。
由于BIOS功能使用上的不同，它由两个部分组成：POST码runtime服务。POST完成后，它将从存储器中被清除，但是BIOS runtime服务会被保留，用于目标操作系统。
为 了启动操作系统，BIOS的runtime服务将搜索那些激活状态的或是可引导启动的设备，搜索的顺序则由CMOS设置决定（也就是我们平时所谓的在 BIOS中设置的启动顺序）。一个软驱，一台光驱，一个硬盘上的分区，网络上的设备甚至一个usb 闪存盘都可以作为一个启动设备。
当然，linux通常是从硬盘启动的。硬盘上的MBR（主启动记录）包含有基本的boot loader，它是一个512字节大小的扇区，位于磁盘的第一个扇区（0磁头0磁道1扇区）。当MBR被装载到RAM中后，BIOS就会将控制权转交给MBR。
三、 第一阶段boot loader
位 于MBR中的主boot loader是一个512字节的镜像，其中不仅包含了程序代码，还包含了一个小的分区表，如图2所示。最初的446字节是主boot loader，它里面就包含有可执行代码以及错误消息文本。接下来的64字节是分区表，其中包含有四个分区的各自的记录（一个分区占16字节）。MBR通 过特殊数字0xAA55（译者注：在电子界中AA55确实是具有传奇色彩的数字，想知道为什么么？将它展开成二进制形式，看看有什么规律）作为两个字节的 结束标志。0x55AA同时也是MBR有效的校验确认。
主boot loader的工作是寻找并加载第二boot loader。它通过分析分区表，找出激活分区来完成这个任务，当它找到一个激活分区时，它将继续扫描剩下的分区表中的分区，以便确认他们都是未激活的。 确认完毕后，激活分区的启动记录从设备中被读到RAM，并被执行。
四、 第二阶段boot loader
起着次作用，或者说是第二boot loader，可以更加形象得被称为内核加载程序。这个阶段的任务就是加载linux内核，以及可选的初始化内存盘。
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小知识：GRUB阶段的boot loaders
在/boot/grub目录中包含有stage1,stage2和stage1.5的boot loaders，同时还有不少可选的loaders（例如，CD-ROM使用的就是iso9660_stage_1_5）
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把 第一阶段和第二阶段的boot loaders联合起来，就是在x86个人电脑中，我们所说的linux loader（LILO）或者GRand Unified Bootloader(GRUB)。由于GRUB修正了一些LILO中存在的缺陷，因此下面就让我们来看看GRUB（如果你希望得到更多的关于 GRUB，LILO和与之相关话题的讨论资源，请见文后的参考资料）
对于GRUB来说，一个比较好的方面就是它包含了linux文件系统的知识。 与LILO使用裸扇区不同的是，GRUB能够从ext2或者ext3文件系统中加载linux内核。它是通过将本来两阶段的boot loader转换成三个阶段的boot loader。在第一阶段（MBR）中会启动stage1.5的boot loader来理解linux内核镜像中的特殊的文件系统格式，例如，reiserfs_stage1-5(用于从reiserf日志文件系统中进行加 载)或e2fs+stage1_5(用于从wxt2或ext3文件系统进行加载）。当stage1.5的boot loader被加载并运行时，stage2 的boot loader才能被加载。
当stage2被加载时，GRUB能根据请求的情况显示一个可 选内核的清单（在 /etc/grub.conf 中进行定义，同时还有几个软符号链接 /etc/grub/menu.lst 和 /etc/grub.conf)。你可以选择一个内核，修改其附加的内核参数。同时，你可以选择使用命令行的shell来对启动过程进行更深层次的手工控 制。
在第二阶段boot loader存在与内存中后，就可以对文件系统进行查询了，同时，默认的内核镜像以及初始化内存盘镜像也被加载到内存中。一切准备完毕之后，第二阶段的boot loader就会调用内核镜像。
五、 内核
（译 者注：在翻译本章的时候，译者发现IBM网站上已有译好的文章，因此从本章开始以官方网站上的内容为主）。当内核映像被加载到内存中，并且阶段 2 的引导加载程序释放控制权之后，内核阶段就开始了。内核映像并不是一个可执行的内核，而是一个压缩过的内核映像。通常它是一个 zImage（压缩映像，小于 512KB）或一个 bzImage（较大的压缩映像，大于 512KB），它是提前使用 zlib 进行压缩过的。在这个内核映像前面是一个例程，它实现少量硬件设置，并对内核映像中包含的内核进行解压，然后将其放入高端内存中，如果有初始 RAM 磁盘映像，就会将它移动到内存中，并标明以后使用。然后该例程会调用内核，并开始启动内核引导的过程。
当 bzImage（用于 i386 映像）被调用时，我们从 ./arch/i386/boot/head.S 的 start 汇编例程开始执行（主要流程图请参看图 3）。这个例程会执行一些基本的硬件设置，并调用 ./arch/i386/boot/compressed/head.S 中的 startup_32 例程。此例程会设置一个基本的环境（堆栈等），并清除 Block Started by Symbol（BSS）。然后调用一个叫做 decompress_kernel 的 C 函数（在 ./arch/i386/boot/compressed/misc.c 中）来解压内核。当内核被解压到内存中之后，就可以调用它了。这是另外一个 startup_32 函数，但是这个函数在 ./arch/i386/kernel/head.S 中。
在这个新的 startup_32 函数（也称为清除程序或进程 0）中，会对页表进行初始化，并启用内存分页功能。然后会为任何可选的浮点单元（FPU）检测 CPU 的类型，并将其存储起来供以后使用。然后调用 start_kernel 函数（在 init/main.c 中），它会将您带入与体系结构无关的 Linux 内核部分。实际上，这就是 Linux 内核的 main 函数。
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小知识：GRUB 中的手工引导
在 GRUB 命令行中，我们可以使用 initrd 映像引导一个特定的内核，方法如下：
grub> kernel /bzImage-2.6.14.2
[Linux-bzImage, setup=0x1400, size=0x29672e]
grub> initrd /initrd-2.6.14.2.img
[Linux-initrd @ 0x5f13000, 0xcc199 bytes]
grub> boot
Uncompressing Linux... Ok, booting the kernel.
如果您不知道要引导的内核的名称，只需使用斜线（/）然后按下 Tab 键即可。GRUB 会显示内核和 initrd 映像列表。
/*******************************************************************/
通 过调用 start_kernel，会调用一系列初始化函数来设置中断，执行进一步的内存配置，并加载初始 RAM 磁盘。最后，要调用 kernel_thread（在 arch/i386/kernel/process.c 中）来启动 init 函数，这是第一个用户空间进程（user-space process）。最后，启动空任务，现在调度器就可以接管控制权了（在调用 cpu_idle 之后）。通过启用中断，抢占式的调度器就可以周期性地接管控制权，从而提供多任务处理能力。
在内核引导过程中，初始 RAM 磁盘（initrd）是由阶段 2 引导加载程序加载到内存中的，它会被复制到 RAM 中并挂载到系统上。这个 initrd 会作为 RAM 中的临时根文件系统使用，并允许内核在没有挂载任何物理磁盘的情况下完整地实现引导。由于与外围设备进行交互所需要的模块可能是 initrd 的一部分，因此内核可以非常小，但是仍然需要支持大量可能的硬件配置。在内核引导之后，就可以正式装备根文件系统了（通过 pivot_root）：此时会将 initrd 根文件系统卸载掉，并挂载真正的根文件系统。
initrd 函数让我们可以创建一个小型的 Linux 内核，其中包括作为可加载模块编译的驱动程序。这些可加载的模块为内核提供了访问磁盘和磁盘上的文件系统的方法，并为其他硬件提供了驱动程序。由于根文件 系统是磁盘上的一个文件系统，因此 initrd 函数会提供一种启动方法来获得对磁盘的访问，并挂载真正的根文件系统。在一个没有硬盘的嵌入式环境中，initrd 可以是最终的根文件系统，或者也可以通过网络文件系统（NFS）来挂载最终的根文件系统。
六、 init的介绍与结束语
当内核被引导并进行初始化之后，内核就可以启动自己的第一个用户空间应用程序了。这是第一个调用的使用标准 C 库编译的程序。在此之前，还没有执行任何标准的 C 应用程序。
在 桌面 Linux 系统上，第一个启动的程序通常是 /sbin/init。但是这不是一定的。很少有嵌入式系统会需要使用 init 所提供的丰富初始化功能（这是通过 /etc/inittab 进行配置的）。在很多情况下，我们可以调用一个简单的 shell 脚本来启动必需的嵌入式应用程序。
与Linux 本身非常类似，Linux 的引导过程也非常灵活，可以支持众多的处理器和硬件平台。最初，加载引导加载程序提供了一种简单的方法，不用任何花架子就可以引导 Linux。LILO 引导加载程序对引导能力进行了扩充，但是它却缺少文件系统的感知能力。最新一代的引导加载程序，例如 GRUB，允许 Linux 从一些文件系统（从 Minix 到 Reise）上进行引导.
