《国产操作系统之银河麒麟》银河麒麟服务器操作系统引导过程

article/2025/8/20 1:29:11

系统引导过程

01. 系统启动流程概述

系统启动总流程

第一阶段：BIOS初始化

编辑

第二阶段 GRUB2启动引导

编辑

第三阶段内核引导

编辑

第四阶段 systemd进程

02. 固件与BIOS

BIOS启动流程

BIOS分类

legacy

MBR结构图

MBR

UEFI

UEFI + GPT

03. 启动管理器bootloader

04. 内核加载

kernel

05. systemd守护进程

systemd

系统引导过程

01. 系统启动流程概述

系统启动总流程

BOIS加电开机自检
把MBR加载到内存
加载grub引导程序
Kernel自身初始化
启动第一个程序systemd

第一阶段：BIOS初始化

第二阶段 GRUB2启动引导

第三阶段内核引导

第四阶段 systemd进程

02. 固件与BIOS

固件

固件，英文名为firmware，是计算机产品最底层的软件

早期固件芯片一般采用ROM设计，它的Firmware代码是生产过程中固化的，用任何手段都无法修改。

随着技术的不断发展，修改固件以适应不断更新的硬件环境成了用户们的迫切要求，所以可重复写入的可编程可擦除只读存储器EPROM(Erasable Programmable ROM)和flash出现了。
BIOS

Bios是Basic Input Output System的缩写，译为基本输入输出系统。

计算机主板上的BIOS在以前就被称为固件

BIOS启动流程

Power on

本阶段是对机器加电、检查有哪些硬件设备，不执行初始化
POST

POST(power on self test)阶段进行硬件自检，对相应设备进行初始化
bootloader

硬件自检和初始化后，会开始读取并执行MBR，再执行MBR的对应位置的BootLoader程序，进入引导加载阶段

BIOS分类

legacy

legacy启动模式是当前最常用的BIOS启动模式，读取MBR引导记录表
uefi

uefi全称为Unified Extensible Fireware Interface，译名为统一的可拓展固件接口，是一种新型bios。Uefi的方式也是兼容传统legacy的启动方式的。所以在uefi启动模式下可以选择legacy boot也可以选择uefi boot。

legacy

legacy启动模式采用的是MBR(Main Boot Record，译为主引导记录)分区表。系统在开机的时候会主动去读取MBR的内容，这样系统才会知道程序的位置且如何开机。我们把包含MBR引导代码的分区称为主引导分区。主引导山区一共占用512个字节，分为3个部分：

主引导程序：第一部分为主引导程序所在位置，共占用446个字节
磁盘分区表：第二个就是磁盘分区表项(Disk Patition Table，简称DPT)，保存磁盘的分区情况，它由4个分区表项构成，每一个分区表项为16字节，供64字节
结束标志：第三部分就是结束标志，值为AA55(但存储时高位在前，低位在后，所以一般表示为55AA)，共2个字节

MBR结构图

MBR

BIOS+MBR

MBR有两个主要的缺点：

最多支持4个主分区或最多支持3个主分区+1个拓展分区
每个分区最多不能超过2T的容量

UEFI

UEFI，是一种新型BIOS，使用UEFI启动模式下安装的银河麒麟操作系统，会比传统legacy启动模式多一个叫ESP(EFI系统分区)分区。ESP对UEFI启动模式很重要，UEFI的引导程序是以后缀名为.efi的文件放在ESP分区中的，ESP分区采用fat32文件系统。麒麟操作系统直接将ESP这个分区挂载到/boot/efi，直接用文件夹浏览器进去就可以看到各种efi文件了。

UEFI + GPT

uefi的分区表为GPT(GUIF Partition Table)，译为"全局唯一标识磁盘分区表"

优势：

GPT分区表头中可自定义分区数量的最大值，也就是说GPT分区表的大小不是固定的，那么分区数量也就没有限制
GPT分区表较MBR分区表的另一个优势就是可以支持大于2T的分区
GPT分区表中逻辑块地址采用64位二进制数表示，最大可以表示2^64个逻辑块地址(也就是扇区号)，也就是说一个分区的容量可以达到2^64*512字节，远远超过2T的容量

03. 启动管理器bootloader

BootLoader即为启动管理器。在计算机读取MBR前面的446字节的机器码后，会将控制权交给BootLoader。BootLoader的主要功能如下：

提供菜单：用户可以选择不同的启动项，这也是多重引导的重要功能
加载内核文件：直接指向可启动的程序区段来开始操作系统
转交其他loader：将引导装载功能转交给其他loader负责

linux下的BootLoader有grub、grub2、lilo、spfdisk

当前最新版银河麒麟操作系统使用的是grub2

04. 内核加载

kernel

kernel，内核，kernel是Linux系统最主要的程序，实际上，kernel的文件很小，只保留了最基本的模块，并以压缩的文件形式存储在硬盘中。内核文件放置在/boot目录下。

从bios及BootLoader再到kernel的流程图

05. systemd守护进程

麒麟操作系统先后才用过多种启动方式
- Sysvinit
- upstart
- system
麒麟操作系统V10版目前采用的启动方式是systemd

systemd

systemd是linux系统工具，用来启动守护进程，已成为大多数发行版的标准配置
systemd取代了initd，成为系统第一个进程(PID=1)，其他进程都是它的子进程
systemd并不是一个命令，而是一组命令，设计到系统管理的方方面面
systemd主配置目录是/etc/systemd/system

systemd执行的第一个目标是default.target。但实际上图形化系统的default.target是指向graphical.target的软链接

graphical.target内容如图：

配置文件主要字段含义如下：

requires：需要依赖multi-user.target
conflicts：冲突字段。如果rescue.target或rescue.service正在运行，multi-user.target就不能运行，反之亦然
after：表示graphical.target在multi-user.target....等之后启动，如果他们有启动的话

注意：target配置文件里面没有启动命令

multi-user.target内容如下：

由此可见，每个target都有一个requires选项，直到最基本的target。systemd启动流程及依赖关系。

常用target对应到sysvinit的运行级别

运行级别 runlevel	名称	描述
	basic.target	启动基本系统，该target简介包含了所有的本地挂载点单元以及其他必须的系统初始化单元
	default.target	默认的启动target，通常指向multi-user.target或者graphical.target
5	graphical.target	专用于启动图形化登录界面的target，其中包含了multi-user.target单元
0	halt.target	专用于关闭系统但不切断电源时启动的单元
0	poweroff.target	停止系统运行并切断电源
0	local-fs.target	专用于集合本地文件系统挂载点的target
3	multi-user.target	专用于多用户且为命令行模式下启动的单元。所有用于要在多命令行多用户模式下启动的单元，其[Install]段都应该加上WantedBy=multi-user.target指令
1	rescure.target	专用于启动基本系统并打开一个救援shell时需要启动的单元
S	emergency.target	单用户模式，没有服务进程运行，文件系统也没挂载。这是一个最基本的运行级别，仅在主控制台上提供一个shell用于用户与系统交互。
	local-fs-pre.target	此目标单元自动排在所有需要自动挂载的本地文件系统挂载点(带有auto挂载选项)之前，。可用于确保在挂载本地文件系统之前启动某些单元。
6	reboot.target	重启系统，专用于重启系统时需要启动的单元