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《Linux運(yùn)維從入門到精通》 Linux運(yùn)維，運(yùn)維工程師的入行選擇。詳解Linux系統(tǒng)管理+93個運(yùn)維實(shí)例，精通數(shù)據(jù)與架構(gòu)+6大類服務(wù)器搭建。。

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專欄：《Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)思想與源碼分析》

? 通用計(jì)算機(jī)啟動過程

1??一個基礎(chǔ)固件：BIOS

一個基礎(chǔ)固件：BIOS→基本IO系統(tǒng)，它提供以下功能：

• 上電后自檢功能 Power-On Self-Test，即POST：上電后，識別硬件配置并對其進(jìn)行自檢，保證正常運(yùn)行和初始化；
• 基本IO驅(qū)動與事件處理功能：初始化并驅(qū)動硬件，如顯示器、串口、鍵盤等接口，使能基本的中斷；
• 啟動參數(shù)設(shè)置功能：過程中允許通過熱鍵啟動設(shè)置界面，進(jìn)而對CMOS RAM中的啟動參數(shù)進(jìn)行配置。CMOS RAM等效于BBSRAM，存放啟動配置數(shù)據(jù)，電池掉電后數(shù)據(jù)丟失；
• 系統(tǒng)自動裝載功能：在系統(tǒng)自檢成功后，根據(jù)啟動順序，將相應(yīng)啟動設(shè)備主引導(dǎo)記錄MBR（一般位于0磁道的0扇區(qū)，大小為512字節(jié)）的引導(dǎo)程序裝入內(nèi)存并從入口地址運(yùn)行；

2??WIndows操作系統(tǒng)啟動過程

① 系統(tǒng)上電或復(fù)位，X86處理器復(fù)位——代碼段寄存器CS為0xFFFF，指令指針寄存器IP為）0x0000，CS:IP地址存放下一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)至ROM中BIOS入口地址0xFFFFFFF0（復(fù)位向量地址），并啟動BIOS。
② BIOS上電自檢，若出現(xiàn)錯誤則初始化基本硬件，允許用戶進(jìn)行參數(shù)配置。
③ BIOS將第1個啟動設(shè)備的第1個扇區(qū)加載到系統(tǒng)RAM的0x7C000地址，啟動MBR中的引導(dǎo)程序，進(jìn)入引導(dǎo)的第一個階段。
④ 調(diào)用 Windows MBR Loader 或 LILO GRUB WinGrub等引導(dǎo)程序，進(jìn)入引導(dǎo)的第二個階段。
⑤ 引導(dǎo)程序調(diào)用 OS Boot Loader 把用戶選擇的操作系統(tǒng)內(nèi)核加載到內(nèi)存，并跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)入口地址開始執(zhí)行。
此時，計(jì)算機(jī)的控制權(quán)交給了操作系統(tǒng)，基本啟動過程完成。

? 嵌入式系統(tǒng)啟動過程

MCS-51 MCU 上電復(fù)位后，PC寄存器的初值為0x0000。0000H，0001H，0002H這三個單元存放了一條無條件跳轉(zhuǎn)指令，當(dāng)從該地址執(zhí)行時將直接跳轉(zhuǎn)到主程序的入口地址。
arm處理器復(fù)位后將從0x00000000地址處開始執(zhí)行指令。

1??處理器片內(nèi)集成啟動固件——嵌入式系統(tǒng)啟動

① 上電程序引導(dǎo)
片內(nèi)集成獨(dú)立 Boot ROM (Brom)，代碼 Rom Boot Loader (RBL) 支持從 NAND Flash、SPI、UART 等外部接口啟動。

• 加電后，處理器將從該ROM的復(fù)位向量地址開始執(zhí)行，RBL通過判斷處理器特定引腳的電平來進(jìn)入正常啟動模式或開發(fā)模式；
• RBL獲取下一步要執(zhí)行的代碼，并將其復(fù)制到SRAM或SDRAM中引導(dǎo)執(zhí)行；

② 嵌入式操作系統(tǒng)裝載
嵌入式操作系統(tǒng)的引導(dǎo)也需要特定的機(jī)制和軟件支持，即 Boot Loader。

• 復(fù)位后，將 Boot Loader 代碼從Flash 拷貝到SDRAM的特定區(qū)間并引導(dǎo)執(zhí)行；
• Boot Loader 程序執(zhí)行一系列基本的硬件初始化工作；
• 將自身拷貝到SDRAM中，RAM中的 Boot Loader 繼續(xù)執(zhí)行，為操作系統(tǒng)的運(yùn)行做好環(huán)境準(zhǔn)備，并將外部存儲器中的操作系統(tǒng)內(nèi)核映像及根文件系統(tǒng)映像拷貝到內(nèi)存中的代碼，數(shù)據(jù)空間，設(shè)置內(nèi)核啟動參數(shù)；
• 跳轉(zhuǎn)至內(nèi)核入口地址開始執(zhí)行。

2??裸機(jī)

直接部署在嵌入式硬件上的軟件稱為裸機(jī)代碼，或裸機(jī)（應(yīng)用）軟件。一般來說都是些無限循環(huán)結(jié)構(gòu)，比如空調(diào)、冰箱等嵌入式系統(tǒng)。通過板級支持包BSP，向下屏蔽硬件的細(xì)節(jié)，向上提供統(tǒng)一的服務(wù)和接口。沒有操作系統(tǒng)，通過中斷來實(shí)現(xiàn)多任務(wù)運(yùn)行。

? Linux系統(tǒng)啟動過程

計(jì)算機(jī)接通電源上電后，需要經(jīng)過BIOS加電自檢、MBR系統(tǒng)引導(dǎo)、加載內(nèi)核三步之后，操作系統(tǒng)才會啟動。

1??BIOS加電自檢

• BIOS全稱 Basic Input/Output System，即基本輸入輸出系統(tǒng)，它是一個被永久刻錄在ROM中的軟件，加電自檢是指 Power On Self Test，POST，屬于BIOS的主要組成部分。
• 計(jì)算機(jī)在接通電源后，BIOS通過POST來加載硬件信息，進(jìn)行內(nèi)存、CPU、主板等檢測，如果硬件設(shè)備正常工作，BIOS會尋找硬盤第一個扇區(qū)中存儲的數(shù)據(jù)，并使用MBR中的數(shù)據(jù)激活引導(dǎo)加載程序。

2??MBR系統(tǒng)引導(dǎo)

• MBR全程 Master Boot Recode，是一種磁盤分區(qū)格式，也是以此種格式的磁盤中0盤片0扇區(qū)中存儲的一段記錄——主引導(dǎo)記錄。磁盤中扇區(qū)的大小為512byte，主引導(dǎo)記錄MBR占據(jù)第一個扇區(qū)的前446字節(jié)，剩余的空間依次存儲一個64字節(jié)的磁盤分區(qū)表，和一個用于標(biāo)識MBR是否有效的2字節(jié)的模數(shù)。
• 主引導(dǎo)記錄MBR中包含一個實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)加載功能的程序——Boot Loader。由于BIOS只能訪問很少量的數(shù)據(jù)，所以MBR中的引導(dǎo)加載程序其實(shí)只是一段初始程序的加載程序 Initial Program Loader，IPL，這段程序唯一的功能就是定位并加載 Boot Loader 的主體程序。
• 加載引導(dǎo)分為兩個階段
  • 第一階段，BIOS引導(dǎo)IPL獲取 Boot Loader 主題程序在磁盤中的位置，此時系統(tǒng)啟動的控制權(quán)由BIOS轉(zhuǎn)移到MBR；
  • 第二階段，Boot Loader 主題程序與操作系統(tǒng)對應(yīng)的內(nèi)核，定位到內(nèi)核文件所在的位置，并將其加載到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，此時系統(tǒng)啟動的控制權(quán)由MBR轉(zhuǎn)移到內(nèi)核。

3??加載內(nèi)核

• 內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核就是Linux。內(nèi)核以一種自解壓的壓縮格式壓縮，它與一個初始化的內(nèi)存映像和存儲設(shè)備映像表一起存儲在 /boot 目錄下。
• 在選定的內(nèi)核被加載到內(nèi)存中并開始執(zhí)行前需要先從壓縮格式中解壓，一旦內(nèi)核自解壓完成，systemd進(jìn)程（也就是早期版本中的init進(jìn)程）便被啟動。
• systemd進(jìn)程的啟動標(biāo)識著引導(dǎo)過程的結(jié)束，也標(biāo)識著啟動過程的開始。在系統(tǒng)啟動之初，由于系統(tǒng)中沒有除systemd之外的程序執(zhí)行，系統(tǒng)初始化工作尚未完成，因此計(jì)算機(jī)不能執(zhí)行任何和用戶相關(guān)的功能性工作。
• 系統(tǒng)初始化需要進(jìn)行掛載文件系統(tǒng)、啟動后臺服務(wù)等等一系列工作，這些初始化工作全部由systemd進(jìn)程完成。對于用戶來說，系統(tǒng)初始化完成后，系統(tǒng)才算正式啟動。

4??附：init進(jìn)程啟動級別

系統(tǒng)啟動流程：
BIOS → MBR → boot loader → kernel → init
BIOS → MBR → GRUB → kernel → init

• BIOS：找到啟動介質(zhì) - 移動硬盤、磁盤、U盤等，找到啟動介質(zhì)后讀取其中的第一個扇區(qū)；
• MBR：第一個扇區(qū)（512字節(jié)）稱為主引導(dǎo)記錄。主引導(dǎo)記錄分為3部分，前446byte是引導(dǎo)信息，后64byte是磁盤分區(qū)信息，最后2byte是標(biāo)志位。MBR的作用是找到 boot loader 。
• GRUP：是一種 boot loader ，用于加載kernel核心信息。
• kernel：內(nèi)核。
• init：內(nèi)核的第一個程序，分為7個啟動級別。

查看啟動級別配置文件

cat /etc/inittab  #查看啟動級別相關(guān)的配置文件

inti命令可以切換系統(tǒng)的啟動級別

inti 0/1/2/3/4/5/6

• 0表示關(guān)機(jī)（不能設(shè)置為開機(jī)默認(rèn)啟動級別）
• 1表示單用戶
• 2表示多用戶（無網(wǎng)絡(luò)的3級別）
• 3多用戶（命令行模式，字符終端）
• 4用于開發(fā)
• 5圖形界面，默認(rèn)啟動方式
• 6reboot（不能設(shè)置為開機(jī)默認(rèn)啟動級別）

runlevel   #查看系統(tǒng)的啟動級別

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作者簡介：明日科技，全稱是吉林省明日科技有限公司，是一家專業(yè)從事軟件開發(fā)、教育培訓(xùn)以及軟件開發(fā)教育資源整合的高科技公司，其編寫的教材非常注重選取軟件開發(fā)中的必需、常用內(nèi)容，同時也很注重內(nèi)容的易學(xué)、方便性以及相關(guān)知識的拓展性，深受讀者喜愛。其教材多次榮獲“全行業(yè)優(yōu)秀暢銷品種”“全國高校出版社優(yōu)秀暢銷書”等獎項(xiàng)，多個品種長期位居同類圖書銷售排行榜的前列。
叢書說明：“軟件開發(fā)視頻大講堂”叢書第1版于2008年8月出版，因其編寫細(xì)膩、易學(xué)實(shí)用、配備海量學(xué)習(xí)資源和全程視頻等，在軟件開發(fā)類圖書市場上產(chǎn)生了很大反響，絕大部分品種在全國軟件開發(fā)零售圖書排行榜中名列前茅，2009年多個品種被評為“全國優(yōu)秀暢銷書”。
“軟件開發(fā)視頻大講堂”叢書第2版于2010年8月出版，第3版于2012年8月出版，第4版于2016年10月出版，第5版于2019年3月出版，第6版于2021年7月出版。十五年間反復(fù)錘煉，打造經(jīng)典。叢書迄今累計(jì)重印680多次，銷售400多萬冊，不僅深受廣大程序員的喜愛，還被百余所高校選為計(jì)算機(jī)、軟件等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考用書。
“軟件開發(fā)視頻大講堂”叢書第7版在繼承前6版所有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大幅度的修訂。第一，根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)趨勢與熱點(diǎn)需求調(diào)整品種，拓寬了程序員崗位就業(yè)技能用書；第二，對圖書內(nèi)容進(jìn)行了深度更新、優(yōu)化，如優(yōu)化了內(nèi)容布置，彌補(bǔ)了講解疏漏，將開發(fā)環(huán)境和工具更新為新版本，增加了對新技術(shù)點(diǎn)的剖析，將項(xiàng)目替換為更能體現(xiàn)當(dāng)今IT開發(fā)現(xiàn)狀的熱門項(xiàng)目等，使其更與時俱進(jìn)，更適合讀者學(xué)習(xí)；第三，改進(jìn)了教學(xué)視頻，為讀者提供更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；第四，升級了開發(fā)資源庫，提供了程序員“入門學(xué)習(xí)→技巧掌握→實(shí)例訓(xùn)練→項(xiàng)目開發(fā)→求職面試”等各階段的海量學(xué)習(xí)資源；第五，為了方便教學(xué)，制作了全新的教學(xué)課件PPT。

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