內容提要
本文以RedHat9.0和i386平台為例，剖析了從用戶打開電源直到屏幕出現命令行提示符的整個Linux啟動過程。並且介紹了啟動中涉及到的各種文件。
閱讀Linux源代碼，無疑是深入學習Linux的最好方法。在本文對Linux啟動過程的介紹中，我們也嘗試從源代碼的視角來更深入的剖析Linux的啟動過程，所以其中也簡單涉及到部分相關的Linux源代碼，Linux啟動這部分的源碼主要使用的是C語言，也涉及到了少量的匯編。而啟動過程中也執行了大量的shell(主要是bash shell)所寫腳本。為了方便讀者閱讀，筆者將整個Linux啟動過程分成以下幾個部分逐一介紹，大家可以參考下圖：
當用戶打開PC的電源，BIOS開機自檢，按BIOS中設置的啟動設備(通常是硬盤)啟動，接著啟動設備上安裝的引導程序lilo或grub開始引導Linux，Linux首先進行內核的引導，接下來執行init程序，init程序調用了rc.sysinit和rc等程序，rc.sysinit和rc當完成系統初始化和運行服務的任務後，返回init；init啟動了mingetty後，打開了終端供用戶登錄系統，用戶登錄成功後進入了Shell，這樣就完成了從開機到登錄的整個啟動過程。
下面就將逐一介紹其中幾個關鍵的部分：
第一部分：內核的引導(核內引導)
Red Hat9.0可以使用lilo或grub等引導程序開始引導Linux系統，當引導程序成功完成引導任務後，Linux從它們手中接管了CPU的控制權，然後CPU就開始執行Linux的核心映象代碼，開始了Linux啟動過程。這裡使用了幾個匯編程序來引導Linux，這一步泛及到Linux源代碼樹中的“arch/i386/boot”下的這幾個文件：bootsect.S、setup.S、video.S等。
其中bootsect.S是生成引導扇區的匯編源碼，它完成加載動作後直接跳轉到setup.S的程序入口。setup.S的主要功能就是將系統參數（包括內存、磁盤等，由BIOS返回）拷貝到特別內存中，以便以後這些參數被保護模式下的代碼來讀取。此外，setup.S還將video.S中的代碼包含進來，檢測和設置顯示器和顯示模式。最後，setup.S將系統轉換到保護模式，並跳轉到 0x100000。
那麼0x100000這個內存地址中存放的是什麼代碼？而這些代碼又是從何而來的呢？
0x100000這個內存地址存放的是解壓後的內核，因為Red Hat提供的內核包含了眾多驅動和功能而顯得比較大，所以在內核編譯中使用了“makebzImage”方式，從而生成壓縮過的內核，在RedHat中內核常常被命名為vmlinuz，在Linux的最初引導過程中，是通過"arch/i386/boot/compressed/"中的head.S利用misc.c中定義的decompress_kernel()函數，將內核vmlinuz解壓到0x100000的。
當CPU跳到0x100000時，將執行"arch/i386/kernel/head.S"中的startup_32，它也是vmlinux的入口，然後就跳轉到start_kernel()中去了。start_kernel()是"init/main.c"中的定義的函數，start_kernel()中調用了一系列初始化函數，以完成kernel本身的設置。start_kernel()函數中，做了大量的工作來建立基本的Linux核心環境。如果順利執行完start_kernel()，則基本的Linux核心環境已經建立起來了。
在start_kernel()的最後，通過調用init()函數，系統創建第一個核心線程，啟動了init過程。而核心線程init()主要是來進行一些外設初始化的工作的，包括調用do_basic_setup()完成外設及其驅動程序的加載和初始化。並完成文件系統初始化和root文件系統的安裝。
當do_basic_setup()函數返回init()，init()又打開了/dev/console設備，重定向三個標准的輸入輸出文件stdin、stdout和stderr到控制台，最後，搜索文件系統中的init程序（或者由init=命令行參數指定的程序），並使用 execve()系統調用加載執行init程序。到此init()函數結束，內核的引導部分也到此結束了， 第二部分：運行init
init的進程號是1，從這一點就能看出，init進程是系統所有進程的起點，Linux在完成核內引導以後，就開始運行init程序，。init程序需要讀取配置文件/etc/inittab。inittab是一個不可執行的文本文件，它有若干行指令所組成。在Redhat系統中，inittab的內容如下所示(以“###"開始的中注釋為筆者增加的)：
#
# inittab This file describes how the INIT process should set up
# the system in a certain run-level.
#
# Author: Miquel van Smoorenburg, <[email protected]>
# Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes
#
# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
# 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
# 1 - Single user mode
# 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not havenetworking)
# 3 - Full multiuser mode
# 4 - unused
# 5 - X11
# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
#
###表示當前缺省運行級別為5(initdefault)；
id:5:initdefault:
###啟動時自動執行/etc/rc.d/rc.sysinit腳本(sysinit)
# System initialization.
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
###當運行級別為5時，以5為參數運行/etc/rc.d/rc腳本，init將等待其返回(wait)
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
###在啟動過程中允許按CTRL-ALT-DELETE重啟系統
# Trap CTRL-ALT-DELETE
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
# When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
# of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
# This does, of course, assume you have powerd installed and your
# UPS connected and working correctly.
pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"
# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"
###在2、3、4、5級別上以ttyX為參數執行/sbin/mingetty程序，打開ttyX終端用於用戶登錄，
###如果進程退出則再次運行mingetty程序(respawn)
# Run gettys in standard runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
###在5級別上運行xdm程序，提供xdm圖形方式登錄界面，並在退出時重新執行(respawn)
# Run xdm in runlevel 5
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon
以上面的inittab文件為例，來說明一下inittab的格式。其中以#開始的行是注釋行，除了注釋行之外，每一行都有以下格式：
id:runlevel:action:process
對上面各項的詳細解釋如下：
1. id
id是指入口標識符，它是一個字符串，對於getty或mingetty等其他login程序項，要求id與tty的編號相同，否則getty程序將不能正常工作。
2. runlevel
runlevel是init所處於的運行級別的標識，一般使用0－6以及S或s。0、1、6運行級別被系統保留：其中0作為shutdown動作，1作為重啟至單用戶模式，6為重啟；S和s意義相同，表示單用戶模式，且無需inittab文件，因此也不在inittab中出現，實際上，進入單用戶模式時，init直接在控制台（/dev/console）上運行/sbin/sulogin。在一般的系統實現中，都使用了2、3、4、5幾個級別，在Redhat系統中，2表示無NFS支持的多用戶模式，3表示完全多用戶模式（也是最常用的級別），4保留給用戶自定義，5表示XDM圖形登錄方式。7－9級別也是可以使用的，傳統的Unix系統沒有定義這幾個級別。runlevel可以是並列的多個值，以匹配多個運行級別，對大多數action來說，僅當runlevel與當前運行級別匹配成功才會執行。
3. action
action是描述其後的process的運行方式的。action可取的值包括：initdefault、sysinit、boot、bootwait等：
initdefault是一個特殊的action值，用於標識缺省的啟動級別；當init由核心激活以後，它將讀取inittab中的initdefault項，取得其中的runlevel，並作為當前的運行級別。如果沒有inittab文件，或者其中沒有initdefault項，init將在控制台上請求輸入runlevel。
sysinit、boot、bootwait等action將在系統啟動時無條件運行，而忽略其中的runlevel。
其余的action（不含initdefault）都與某個runlevel相關。各個action的定義在inittab的man手冊中有詳細的描述。
