Linux啟動流程詳解，從BIOS到運行級別

一、BIOS

BIOS（基本輸入輸出系統）是電腦的主要固件之一，內置於計算機的主板上，主要作用是在計算機加電時進行自檢，並將系統控制權移交給操作系統。在Linux啟動的過程中，BIOS是第一步。

當計算機開機時，BIOS會自動初始化硬件資源，包括CPU、內存、硬盤、光驅等。接下來，BIOS會加載自檢程序，進行一系列硬件自檢，如果發現錯誤，就會輸出錯誤信息。如果自檢通過，BIOS會搜索啟動設備的引導扇區，並將控制權轉交給引導扇區。在Linux啟動過程中，引導扇區是非常重要的，因為它包含着操作系統的啟動程序。

二、引導程序

引導程序是位於硬盤的引導扇區中的第一扇區，它是操作系統啟動的第二步。在Linux系統中，引導程序通常是GRUB（GRand Unified Bootloader）。GRUB是一個多重引導程序，它可以識別主流操作系統，比如Windows、Linux、Mac等，用戶可以在啟動時選擇任何一個操作系統。

#在Linux系統中，GRUB的配置位於以下文件中:/etc/grub.d/40_custom
#GRUB啟動順序可以在/etc/grub.d/00_header和40_custom中進行調整
menuentry 'Ubuntu 18.04' {
   set root='hd0,msdos2'
   linux /vmlinuz root=/dev/sda2 ro
   initrd /initrd.img
}

從GRUB開始，Linux系統才開始真正地被加載。在此過程中，GRUB會讀取內核文件和其它必要的文件系統模塊並將它們加載到內存中。

三、內核啟動

內核是Linux系統的核心部分，也是運行與系統最底層，直接操作硬件資源的部分。內核啟動是Linux啟動的第三步。

在內核啟動時，Linux會做如下操作：

1、設置系統日誌

2、初始化CPU、內存、硬盤等硬件

3、掛載根文件系統

4、建立root用戶的環境變量

5、啟動init進程

內核會創建root文件系統並掛在，以便操作系統可以訪問硬盤中的數據。接下來，內核會加載一些必要的模塊，如文件系統模塊、網絡模塊等。在文件系統準備好之後，內核會啟動init進程。init是Linux系統的第一個用戶級別進程，它是進程控制的直接祖先。在Linux中，init一直存在於運行級別中，負責啟動和終止其它的用戶級別進程。

四、用戶級別

用戶級別是操作系統運行時的可供用戶選擇的不同狀態，也稱為運行級別。在Linux中，有七個運行級別。不同的運行級別提供了不同的服務，如多用戶服務、圖形界面、只運行背景服務等。用戶可以根據需求選擇運行級別。

以下是運行級別的定義:

0：系統停機狀態，也稱關機

1：單用戶工作狀態，root用戶的命令行模式

2：多用戶狀態，沒有NFS支持

3：完整的多用戶狀態，有NFS支持且無圖形界面

4：系統未使用，保留

5：多用戶狀態，帶圖形界面

6：系統正常關閉並重啟

用戶可以通過運行級別來控制Linux系統的狀態。在Linux中，運行級別可以通過修改/etc/inittab文件來實現。例如，可以增加下面這行代碼來在“init 5”的時候啟動Nginx服務器。

#在/etc/inittab中設置運行級別，並添加如下兩行代碼
id:5:initdefault:
ng:5:respawn:/usr/local/nginx/sbin/nginx

總結

以上是Linux系統啟動的完整過程，從BIOS開始，到引導程序，再到內核啟動，最後到用戶級別。操作系統的啟動過程非常複雜，需要各種硬件和軟件的協同作用。了解Linux的啟動過程可以幫助我們更好地理解操作系統，並且在處理問題時可以更快地找到根本問題。在實際運維中，了解Linux系統的啟動過程也非常重要。