详解linux系统启动过程(2)

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时间：2012-05-01
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本文标签：linux系统启动过程

start_kernel()本身所在的执行体，这其实是一个"手工"创建的线程，它在创建了init()线程以后就进入cpu_idle()循环了，它不会在进程（线程）列表中出现

init线程，由start_kernel()创建，当前处于用户态，加载了init程序
kflushd核心线程，由init线程创建，在核心态运行bdflush()函数
kupdate核心线程，由init线程创建，在核心态运行kupdate()函数
kswapd核心线程，由init线程创建，在核心态运行kswapd()函数

keventd核心线程，由init线程创建，在核心态运行context_thread()函数

        对于I386平台

基本相同。


        对于2.4.x版内核

这一部分的启动过程在2.4.x内核中简化了不少，缺省的独立初始化过程只剩下网络
（sock_init()）和创建事件管理核心线程，而其他所需要的初始化都使用__initcall()宏
包含在do_initcalls()函数中启动执行。

init进程和inittab引导指令

init进程是系统所有进程的起点，内核在完成核内引导以后，即在本线程（进程）空
间内加载init程序，它的进程号是1。

init程序需要读取/etc/inittab文件作为其行为指针，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，对于getty或其他login程序项，要求id与tty的编号相同，否则getty程序将不能正常工作。

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。0、1、6运行级别被系统保留，0作为shutdown动作，1作为重启
至单用户模式，6为重启；S和s意义相同，表示单用户模式，且无需inittab文件，因此也不在inittab中出现，实际上，进入单用户模式
时，init直接在控制台（/dev/console）上运行/sbin/sulogin。

在一般的系统实现中，都使用了2、3、4、5几个级别，在Redhat系统中，2表示无NFS支持的多用户模式，3表示完全多用户模式（也是最常用的级
别），4保留给用户自定义，5表示XDM图形登录方式。7－9级别也是可以使用的，传统的Unix系统没有定义这几个级别。runlevel可以是并列的
多个值，以匹配多个运行级别，对大多数action来说，仅当runlevel与当前运行级别匹配成功才会执行。

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，它将读取inittab中的initdefault项，取得其中的runlevel，并作为当前的运行级
别。如果没有inittab文件，或者其中没有initdefault项，init将在控制台上请求输入
runlevel。

sysinit、boot、bootwait等action将在系统启动时无条件运行，而忽略其中的runlevel，其余的action（不含initdefault）都与某个runlevel相关。各个action的定义在inittab的man手册中有详细的描述。

在Redhat系统中，一般情况下init

tab都会有如下几项：
id:3:initdefault:
#表示当前缺省运行级别为3--完全多任务模式；
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
#启动时自动执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
#当运行级别为3时，以3为参数运行/etc/rc.d/rc脚本，init将等待其返回
0:12345:respawn:/sbin/mingetty tty0
#在1－5各个级别上以tty0为参数执行/sbin/mingetty程序，打开tty0终端用于
#用户登录，如果进程退出则再次运行mingetty程序
x:5:respawn:/usr/bin/X11/xdm -nodaemon
#在5级别上运行xdm程序，提供xdm图形方式登录界面，并在退出时重新执行

rc启动脚本

上一节已经提到init进程将启动运行rc脚本，这一节将介绍rc脚本具体的工作。

一般情况下，rc启动脚本都位于/etc/rc.d目录下，rc.sysinit中最常见的动作就是激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块，这些动作无论
哪个运行级别都是需要优先执行的。仅当rc.sysinit执行完以后init才会执行其他的boot或bootwait动作。

如果没有其他boot、bootwait动作，在运行级别3下，/etc/rc.d/rc将会得到执行，命令行参数为3，即执行/etc/rc.d
/rc3.d/目录下的所有文件。rc3.d下的文件都是指向/etc/rc.d/init.d/目录下各个Shell脚本的符号连接，而这些脚本一般能
接受start、stop、restart、status等参数。rc脚本以start参数启动所有以S开头的脚本，在此之前，如果相应的脚本也存在K打
头的链接，而且已经处于运行态了（以/var/lock/subsys/下的文件作为标志），则将首先启动K开头的脚本，以stop作为参数停止这些已经
启动了的服务，然后再重新运行。显然，这样做的直接目的就是当init改变运行级别时，所有相关的服务都将重启，即使是同一个级别。

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。

getty和login

在rc返回后，init将得到控制，并启动mingetty（见第五节）。mingetty是getty的简化，不能处理串口操作。getty的功能一般包括：

打开终端线，并设置模式
输出登录界面及提示，接受用户名的输入
以该用户名作为login的参数，加载login程序

注：用于远程登录的提示信息位于/etc/issue.net中。

login程序在getty的同一个进程空间中运行，接受getty传来的用户名参数作为登录
的用户名。

如果用户名不是root，且存在/etc/nologin文件，login将输出nologin文件的内容，
然后退出。这通常用来系统维护时防止非root用户登录。

只有/etc/securetty中登记了的终端才允许root用户登录，如果不存在这个文件，
则root可以在任何终端上登录。/etc/usertty文件用于对用户作出附加访问限制，如果
不存在这个文件，则没有其他限制。

当用户登录通过了这些检查后，login将搜索/etc/passwd文件（必要时搜索
/etc/shadow文件）用于匹配密码、设置主目录和加载shell。如果没有指定主目录，将
默认为根目录；如果没有指定shell，将默认为/bin/sh。在将控制转交给shell以前，
getty将输出/var/log/lastlog中记录的上次登录系统的信息，然后检查用户是否有新
邮件（/usr/spool/mail/{username}）。在设置好shell的uid、gid，以及TERM，PATH
等环境变量以后，进程加载shell，login的任务也就完成了。

bash

运行级别3下的用户login以后，将启动一个用户指定的shell，以下以/bin/bash为例继续我们的启动过程。

bash是Bourne
Shell的GNU扩展，除了继承了sh的所有特点以外，还增加了很多特
性和功能。由login启动的bash是作为一个登录shell启动的，它继承了getty设置的TERM、PATH等环境变量，其中PATH对于普通用户为"/bin:/usr/bin:/usr/local/bin"，对于root
为"/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin"。作为登录shell，它将首先寻找/etc/profile
脚本文件，并执行它；然后如果存在~/.bash_profile，则执行它，否则执行
~/.bash_login，如果该文件也不存在，则执行~/.profile文件。然后bash将作为一个
交互式shell执行~/.bashrc文件（如果存在的话），很多系统中，~/.bashrc都将启动
/etc/bashrc作为系统范围内的配置文件。

当显示出命令行提示符的时候，整个启动过程就结束了。此时的系统，运行着内核，
运行着几个核心线程，运行着init进程，运行着一批由rc启动脚本激活的守护进程（如
inetd等），运行着一个bash作为用户的命令解释器。

附：XDM方式登录

如果缺省运行级别设为5，则系统中不光有1-6个getty监听着文本终端，还有启动了一个XDM的图形登录窗口。登录过程和文本方式差不多，也需要提供用户名和口令，XDM
的配置文件缺省为/usr/X11R6/lib/X11/xdm/xdm-config文件，其中指定了
/usr/X11R6/lib/X11/xdm/xsession作为XDM的会话描述脚本。登录成功后，XDM将执行这个脚本以运行一个会话管理器，比如gnome-session等。

除了XDM以外，不同的窗口管理系统（如KDE和GNOME）都提供了一个XDM的替代品，如gdm和kdm，这些程序的功能和XDM都差不多。