探索Linux启动过程

参阅CU上的很多关于rc的帖子，于是非常想弄清楚Linux/Unix到底是如何启动的？rc脚本有是如何起作用的？

幸亏goole什么都知道。

罗列一篇，方便类我等菜鸟来温习和查阅,以Solaris为例

按下电源，首先是BIOS取得系统控制权，BIOS进行最初的引导工作,然后交控制权交给引导分区，由引导分区加载内核并调用start_kernel函数。

内核首先引导核心数据结构的初始化，在start_kernel函数中完成如下工作：

• 输出Linux版本信息（printk(linux_banner)）
• 设置与体系结构相关的环境（setup_arch()）
• 页表结构初始化（paging_init()）
• 使用"arch/alpha/kernel/entry.S"中的入口点设置系统自陷入口（trap_init()）
• 使用alpha_mv结构和entry.S入口初始化系统IRQ（init_IRQ()）
• 核心进程调度器初始化（包括初始化几个缺省的Bottom-half，sched_init()）
• 时间、定时器初始化（包括读取CMOS时钟、估测主频、初始化定时器中断等，time_init()）
• 提取并分析核心启动参数（从环境变量中读取参数，设置相应标志位等待处理，（parse_options()）
• 控制台初始化（为输出信息而先于PCI初始化，console_init()）
• 剖析器数据结构初始化（prof_buffer和prof_len变量）
• 核心Cache初始化（描述Cache信息的Cache，kmem_cache_init()）
• 延迟校准（获得时钟jiffies与CPU主频ticks的延迟，calibrate_delay()）
• 内存初始化（设置内存上下界和页表项初始值，mem_init()）
• 创建和设置内部及通用cache（"slab_cache"，kmem_cache_sizes_init()）
• 创建uid taskcount SLAB cache（"uid_cache"，uidcache_init()）
• 创建文件cache（"files_cache"，filescache_init()）
• 创建目录cache（"dentry_cache"，dcache_init()）
• 创建与虚存相关的cache（"vm_area_struct"，"mm_struct"，vma_init()）
• 块设备读写缓冲区初始化（同时创建"buffer_head"cache用户加速访问，buffer_init()）
• 创建页cache（内存页hash表初始化，page_cache_init()）
• 创建信号队列cache（"signal_queue"，signals_init()）
• 初始化内存inode表（inode_init()）
• 创建内存文件描述符表（"filp_cache"，file_table_init()）
• 检查体系结构漏洞（对于alpha，此函数为空，check_bugs()）
• SMP机器其余CPU（除当前引导CPU）初始化（对于没有配置SMP的内核，此函数为空，smp_init()）
• 启动init过程（创建第一个核心线程，调用init()函数，原执行序列调用cpu_idle() 等待调度，init()）

至此start_kernel()结束，基本的核心环境已经建立起来了。

start_kernel最后一项是启动了init函数，接着由它来完成外设的初始化

• 总线初始化（比如pci_init()）
• 网络初始化（初始化网络数据结构，包括sk_init()、skb_init()和proto_init()三部分，在proto_init()中，将调用protocols结构中包含的所有协议的初始化过程，sock_init()）
• 创建bdflush核心线程（bdflush()过程常驻核心空间，由核心唤醒来清理被写过的内存缓冲区，当bdflush()由kernel_thread()启动后，它将自己命名为kflushd）
• 创建kupdate核心线程（kupdate()过程常驻核心空间，由核心按时调度执行，将内存缓冲区中的信息更新到磁盘中，更新的内容包括超级块和inode表）
• 设置并启动核心调页线程kswapd（为了防止kswapd启动时将版本信息输出到其他信息中间，核心线调用kswapd_setup()设置kswapd运行所要求的环境，然后再创建 kswapd核心线程）
• 创建事件管理核心线程（start_context_thread()函数启动context_thread()过程，并重命名为keventd）
• 设备初始化（包括并口parport_init()、字符设备chr_dev_init()、块设备 blk_dev_init()、SCSI设备scsi_dev_init()、网络设备net_dev_init()、磁盘初始化及分区检查等等，device_setup()）
• 执行文件格式设置（binfmt_setup()）
• 启动任何使用__initcall标识的函数（方便核心开发者添加启动函数，do_initcalls()）
• 文件系统初始化（filesystem_setup()）
• 安装root文件系统（mount_root()）

这些步骤结束后，init()搜索文件系统中的init程序，并创建它，也就是我们通常所说的init进程，它是系统所有进程的起点，进程ID=1。

在启动了的Solaris下，利用 "$ps -p 1" 可以查看该进程，输出如下：

PID TTY TIME CMD
1 ? 0:01 init

接下来init进程读取/etc/inittab文件，来决定下一步如何做。

inittab是以行为单位的描述性（非执行性）文本，每一个指令行都具有以下格式：

id:runlevel:action:process 其中id为入口标识符，runlevel为运行级别，action为动作代号，process为具体的执行程序。

id一般要求4个字符以内，runlevel是init所处于的运行级别的标识，一般使用0－6以及S或s（S或s表示单用户模式）。

action字段则告诉init进程，如何对待process字段指定的进程：当inittab中各行的runlevel值与当前运行级别匹配时，指定的action才被执行。

但有几个特殊的action：

initdefault是一个特殊的action值，用于标识缺省的启动级别；当init由核心激活以后，它将首先读取inittab中的initdefault项，取得其中的runlevel，并作为当前的运行级别。

sysinit、boot、bootwait等action将在系统启动时无条件运行，而忽略其中的runlevel，即不管当前运行级别是什么，它都执行，并且是优先执行。其余的action（不含initdefault）都与某个runlevel相关。

我的Solaris9中的/etc/inittab如下

ap::sysinit:/sbin/autopush -f /etc/iu.ap #action=sysinit, 该行不管在什么运行级别下，都运行
ap::sysinit:/sbin/soconfig -f /etc/sock2path #同上
fs::sysinit:/sbin/rcS sysinit >/dev/msglog 2<>/dev/msglog
is:3:initdefault: #该行action=initdefault，表明系统的默认运行级别是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运行级别下都执行
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，什么都讲了 :)

接着看我的inittab文件，当action=sysinit的行执行完之后（前三行），将执行runlevel=3的行，即“ s3:3:wait:/sbin/rc3 ”。查找了一下，/sbin/rc3是一个shell脚本，用于初始化在运行级别3的系统。因此/etc/inittab中已经定义好了在运行级别X下，就运行 /sbin/rcX，那/sbin/rcX到底是什么？

cat一下/sbin/rc3，看看，重要的几行代码如下：

[ $_INIT_PREV_LEVEL = 2 -o $_INIT_PREV_LEVEL = 4 ] && \
echo 'Changing to state 3.' #如果以前运行级别是2或4，则打印信息“切换到状态三”

#如果运行级别!=4而且存在/etc/rc3.d这个目录，则停掉所有以K开始的脚本中的服务或程序，启动所有以S开始的脚本中的服务或程序

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

那就再追踪到/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，都是些程序或进程的启动脚本，S开头是启动脚本 K开头是停止脚本。这正是/sbin/rc3这个shell脚本中设定的执行方式。

例如：S90samba 代表一个启动samba服务的脚本，90表示启动顺序编号。 K42amserver代表结束服务的脚本。

rc程序执行完毕后，系统环境已经设置好了，下面就该用户登录系统了，终于结束了。

最后看张图,画的很清楚

javascript:window.open(this.src);" style="CURSOR: pointer" onload="return imgzoom(this,550)">
参考:

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

原文转自：http://www.ltesting.net