Linux启动代码详解：从开机到登录的完整流程 (linux启动代码)

作为一个开源的操作系统，Linux因其高度的可定制性和优秀的性能表现而备受欢迎。Linux的开机启动过程是其功能的基石。而想要深入了解Linux的开机过程，就需要理解它的启动代码。本文将会详细解析Linux的启动代码，介绍从开机到登录的完整流程。

一、BIOS

当计算机启动时，硬件会首先执行系统上的基本输入/输出系统（BIOS）。BIOS主要任务是初始化硬件并引导操作系统启动。BIOS包括ROM芯片，可以在操作系统及其驱动程序之前运行。

二、引导加载程序

BIOS执行后，会进入引导加载程序（bootloader）。引导加载程序会在硬盘上搜索并加载Linux内核，然后将内核文件从硬盘传送到内存中。

引导加载程序有很多种，大部分情况下是使用GRUB。GRUB（GRand Unified Bootloader）是一种常用的多操作系统引导管理器，支持在多种操作系统间切换。它位于硬盘的Master Boot Record（MBR）中，并维护一个称为GRUB Stage 1.5的小型文件系统。这个文件系统允许它找到并加载内核镜像文件和其他启动信息。

三、内核初始化

正如先前提到的，引导加载程序会将内核文件从硬盘传送到内存中。内核初始化然后开始，需要在系统中创建内核空间（内核数据结构和内核代码）并设置系统中的各种硬件。

内核的初始化包括以下步骤：

1. 内存管理初始化：内存管理初始化会创建内存管理结构，并在系统上保留必要的内存。

2. 进程初始化：初始化进程管理系统。

3. 初始化输入/输出子系统：键盘、鼠标、网络和其他输入/输出设备将被初始化。

4. 文件系统初始化：内核对文件系统进行初始化，此时可以对根文件系统进行挂载。

5. 设备驱动程序初始化：初始化各种硬件设备驱动程序。

6. 网络初始化：初始化网络子系统，包括设置网络接口和访问网络协议栈。

7. 初始化用户模式和用户模式程序：启动getty和login等程序。

四、用户模式初始化

用户模式初始化可以开始几秒钟后，在启动到这一步之前计算机是处于内核模式运行状态，除了Kernel Mode之外任何用户模式程序都没有运行。这时，内核将开启一个进程（init进程），进入用户模式。用户模式会加载Linux发行版的一些程序，并转移到之一条运行级别的配置脚本。

Linux中的6个运行级别：

0 – 关闭系统

1 – 单用户模式

2 – 基于文本的多用户模式

3 – 基于文本的多用户模式，与2不同之处在于支持多个网络服务。

4 – 系统级别没有任何规定。可以自由更改，不影响系统功能。

5 – 基于图形的多用户模式，类似于Windows下的GUI。

典型的系统只用到0-5级运行级别。在不同的运行级别，Linux内核会启动执行不同的用户空间程序，并关闭不需要的服务。

五、登录

用户启动提交用户名和密码后，系统会进行身份验证，如果身份验证成功，用户就会登录到系统。

在Linux启动流程中，BIOS、引导加载程序、内核初始化、用户模式初始化和登录过程都是不可或缺的环节。用户最终将会登录到一个完全初始化且运行良好的系统中，可以在其中尽情地进行其所有需要的操作。

本文详细解析了Linux启动代码的过程，并从技术层面细致地介绍了从开机到登录的完整流程。对于系统调试和管理人员来说，理解这些过程是非常有用和必要的。它们可以使操作系统管理员了解Linux内部故障排除和优化的工作方式，以及如何使其更高效、更灵活。