1. 引言
系统启动是计算机启动过程中最重要的步骤之一，它负责将操作系统加载到计算机内存中并进行初始化。对于Linux操作系统来说，了解系统启动顺序是非常重要的，它有助于我们理解系统的运行机制，并为系统故障排查和优化提供指导。
2. BIOS和UEFI
在开始讨论Linux的启动顺序之前，我们首先要了解计算机启动的第一步是什么。在传统的PC上，计算机的启动过程通常由Basic Input/Output System（BIOS）负责，它是固化在计算机主板上的一组软件。近年来，统一可扩展固件接口（Unified Extensible Firmware Interface，UEFI）也逐渐取代了BIOS。无论是使用BIOS还是UEFI，它们的目标都是初始化硬件并引导操作系统的启动。
3. 引导加载程序（Bootloader）
引导加载程序是系统启动的关键组件，它位于硬盘上的特定位置，负责在计算机启动时加载操作系统。Linux下常用的引导加载程序是GRUB（Grand Unified Bootloader）。当计算机启动时，引导加载程序会扫描硬盘上的分区表，然后加载操作系统的内核。
3.1 GRUB的配置文件
GRUB的配置文件位于文件/boot/grub/grub.cfg中，它包含了引导菜单配置和内核启动参数等信息。在GRUB的配置文件中，可以指定默认启动的操作系统和内核参数。下面是一个示例的GRUB配置文件：
### BEGIN /etc/grub.d/00_header ###
if [ -s $prefix/grubenv ]; then
load_env
fi
if [ "${next_entry}" ] ; then
set default="${next_entry}"
set next_entry=
save_env next_entry
set boot_once=true
else
set default="0"
fi
### END /etc/grub.d/00_header ###
### BEGIN /etc/grub.d/10_linux ###
menuentry 'Ubuntu' --class ubuntu --class gnu-linux --class gnu --class os $menuentry_id_option 'gnulinux-simple-xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx' {
recordfail
load_video
gfxmode $linux_gfx_mode
insmod gzio
if [ x$grub_platform = xxen ]; then insmod xzio; insmod lzopio; fi
insmod part_msdos
insmod ext2
set root='hd0,msdos1'
if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint='hd0,msdos1' xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx
else
search --no-floppy --fs-uuid --set=root xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx
fi
linux /vmlinuz-5.13.0-21-generic root=UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx ro quiet splash
initrd /initrd.img-5.13.0-21-generic
}
### END /etc/grub.d/10_linux ###
3.2 内核加载
引导加载程序加载内核后，控制权被交给了内核，由内核负责进一步的启动操作。内核的位置通常是/boot/vmlinuz，内核启动参数通常保存在GRUB的配置文件中并传递给内核。
3.3 initramfs（Initial RAM File System）
在内核启动时，它会加载一个临时的文件系统，称为initramfs。initramfs可以提供必要的驱动程序、模块和可执行程序，以便内核能够成功启动并访问根文件系统。initramfs是由操作系统安装过程中生成的，它会根据当前系统的硬件和配置信息动态生成。
4. init进程
一旦内核成功加载并初始化，它会启动第一个用户空间进程，即init进程。init进程是Linux系统中的特殊进程，它是所有其他进程的父进程。
4.1 SysVinit和Systemd
在过去，通常使用的是SysVinit作为init进程的实现，但现在越来越多的Linux发行版转而使用Systemd作为init进程。Systemd是一个旨在提供更快启动和管理进程的init系统和系统管理器。
4.2 运行级别
在Linux系统中，运行级别是指系统的工作状态。根据不同的需求，系统可以切换到不同的运行级别，并加载相应的服务和进程。常见的运行级别有：
运行级别0：系统关机
运行级别1：单用户模式，用于系统故障修复
运行级别2：多用户模式，没有网络服务
运行级别3：多用户模式，带网络服务
运行级别5：多用户模式，带图形界面
5. 用户空间初始化
在init进程启动后，它会根据配置文件（通常是/etc/inittab）加载并启动其他用户空间进程。这些进程可能包括系统服务、网络配置、登录管理等。
6. 登录
最后一步是用户登录。在图形界面模式下，登录管理器（如GDM或LightDM）会提供登录界面供用户输入用户名和密码。在命令行模式下，用户可以在终端中输入用户名和密码进行登录。
7. 总结
了解Linux系统的启动顺序对于理解系统的运行机制、故障排查和优化都非常重要。本文介绍了Linux启动过程中的关键步骤，包括BIOS/UEFI、引导加载程序、内核加载、init进程、用户空间初始化和登录等。希望读者通过本文能够更好地掌握系统启动知识，并在实际应用中能够更好地管理和调优Linux系统。