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Archlinux开机初始化基本步骤

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以下是对计算机开机加电后的自举流程的一个大致理解。

MBR

计算机开机后CPU处于16位实模式下，加上4位的偏移量，CPU能寻址的范围是20位，也就是1 MB的地址空间。CPU从存储器地址为0xFFFF0的位置读取一条跳转指令，这条指令将下一条指令地址指向系统BIOS的初始地址。对后BIOS程序执行机器自检POST（power on self test）,检查系统基本的硬件设备，并检索系统中包含可启动代码的设备，所谓可启动的设备是指第一个扇区（sector）的最后两个字节包含0xAA55（boot签名），可以通过如下命令查看硬盘第一个扇区的信息：

$ sudo dd if=/dev/sda1 of=sector.bin bs=512 count=1
1+0 records in
1+0 records out
512 bytes (512 B) copied, 0.0245341 s, 20.9 kB/s
$ od -x sector.bin

启动设备的第一个扇区的512字节称为MBR（master boot record），MBR存放三部分内容：

  1. boot loader stage1程序 446字节 　　
  2. 硬盘分区表 64字节 　　
  3. 该扇区的有效标示(OxAA55) 2字节

BIOS检索到可启动的设备后，将这个设备的MBR区域的stage1程序加载到起始地址为0x7C00的一块内存区域，然后从这个地址执行stage1程序。接下来的启动过程分为几个阶段：

Bootloader

stage1加载执行stage1.5

stage1.5位于MBR区域后的30K范围内, 它包含文件系统相关的驱动代码, stage1.5可加载的文件系统包括：

  $ /bin/ls /boot/grub/*stage1_5
  /boot/grub/e2fs_stage1_5  /boot/grub/ffs_stage1_5      /boot/grub/jfs_stage1_5      /boot/grub/reiserfs_stage1_5  /boot/grub/vstafs_stage1_5
  /boot/grub/fat_stage1_5   /boot/grub/iso9660_stage1_5  /boot/grub/minix_stage1_5  /boot/grub/ufs2_stage1_5    /boot/grub/xfs_stage1_5
  $ file /boot/grub/reiserfs_stage1_5
  /boot/grub/reiserfs_stage1_5: GRand Unified Bootloader stage1_5 version 3.2, identifier 0x5, GRUB version 0.97, configuration file /boot/grub/stage2
  $ file /boot/grub/stage2
  /boot/grub/stage2: GRand Unified Bootloader stage2 version 3.2, identifier 0x0, GRUB version 0.97, configuration file /boot/grub/menu.lst

stage1.5加载stage2

在stage2阶段通过/boot/grub/menu.lst生成可启动的系统列表，并启动一个图形化的选择界面：

  timeout   7
  default   0
  color light-blue/black light-cyan/blue

  # (0) Arch Linux
  title  Arch Linux
  root   (hd0,7)
  kernel /boot/vmlinuz-linux root=/dev/sda8 ro
  initrd /boot/initramfs-linux.img

  # (1) Arch Linux
  title  Arch Linux Fallback
  root   (hd0,7)
  kernel /boot/vmlinuz-linux root=/dev/sda8 ro
  initrd /boot/initramfs-linux-fallback.img

  # (2) Windows
  title Microsoft Windows 7
  rootnoverify (hd0,1)
  makeactive
  chainloader +1

menu.lst指定了kernel和initrd镜像的路径。

解压kernel

当选择进入某个系统后，对应的kernel被载入内存并解压，控制权转移到kernel，kernel接下来初始化硬件，加载必要的驱动模块

加载initrd镜像

加载initrd（init ram filesystem，初始ram文件系统），在内存中展开位一个虚拟的文件系统，并执行其中的init脚本,通过以下命令可以揭开这个image文件，查看这个init脚本做了什么：

  $ cp /boot/initramfs-linux.img /tmp/initramfs/initramfs-linux.gz
  $ gzip -d initramfs-linux.gz 
  $ file initramfs-linux 
  initramfs-linux: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC)
  $ cpio -i <initramfs-linux 
  16076 blocks
  [calvin@arch-laptop /tmp/initramfs 01:11:09 ]
  $ ls
  total 7.9M
  lrwxrwxrwx 1 calvin calvin    7 May  7 01:11 bin -> usr/bin
  -rw-r--r-- 1 calvin calvin   70 May  7 01:11 config
  drwxr-xr-x 2 calvin calvin   40 May  7 01:11 dev
  drwxr-xr-x 3 calvin calvin  100 May  7 01:11 etc
  drwxr-xr-x 2 calvin calvin   60 May  7 01:11 hooks
  -rwxr-xr-x 1 calvin calvin 3.2K May  7 01:11 init
  -rw-r--r-- 1 calvin calvin 7.2K May  7 01:11 init_functions
  -rw-r--r-- 1 calvin calvin 7.9M May  7 01:10 initramfs-linux
  lrwxrwxrwx 1 calvin calvin    7 May  7 01:11 lib -> usr/lib
  drwxr-xr-x 2 calvin calvin   40 May  7 01:11 new_root
  drwxr-xr-x 2 calvin calvin   40 May  7 01:11 proc
  drwxr-xr-x 2 calvin calvin   40 May  7 01:11 run
  lrwxrwxrwx 1 calvin calvin    7 May  7 01:11 sbin -> usr/bin
  drwxr-xr-x 2 calvin calvin   40 May  7 01:11 sys
  drwxr-xr-x 2 calvin calvin   40 May  7 01:11 tmp
  drwxr-xr-x 4 calvin calvin  100 May  7 01:11 usr
  -rw-r--r-- 1 calvin calvin    5 May  7 01:11 VERSION

执行这个init脚本时，屏幕上会输出以下信息：

  :: Starting udevd...
  done.
  ... ...

启动init进程

挂载真正的根文件系统，执行/sbin/init程序。
init程序首先读取/etc/inittab文件,这个过程参照here

Reference