Linux 系统启动过程

《Linux 系统启动过程》

🚀 学习目标

1. 掌握 Linux 系统从开机到登录的整个启动流程。
2. 理解各个阶段的作用，如 BIOS、GRUB、内核加载、init 进程等。
3. 能够排查常见启动问题，如 GRUB 故障、内核崩溃等。
4. 结合阿里云 ECS 实际环境，理解云服务器的启动机制。

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🧠 核心重点（表格提炼）

阶段	名称	关键知识点
1️⃣	BIOS/UEFI	自检硬件、寻找可启动设备
2️⃣	MBR & GRUB	引导程序，选择操作系统
3️⃣	内核加载	初始化硬件、挂载根文件系统
4️⃣	init/systemd	启动系统服务、进入运行级别
5️⃣	登录界面	提供终端或图形界面供用户登录

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🔍 详细讲解

1. BIOS/UEFI 阶段 💾

BIOS（Basic Input Output System）是主板上的一块芯片，负责计算机开机后的第一道程序。

• 执行加电自检（POST），检查内存、硬盘、CPU 是否正常。
• 搜索可引导设备（如硬盘、U盘、光驱）。
• 将控制权交给第一个可引导设备的 MBR（主引导记录）。

📌 注意：

• 在物理机中你可能需要按 Del 或 F2 进入 BIOS 设置启动顺序。
• 在阿里云 ECS 中，这个阶段由虚拟化平台自动处理，通常不可见。

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2. MBR 与 GRUB 阶段 📦

✅ MBR（Master Boot Record）

• 位于硬盘的第一个扇区（前 512 字节）。
• 包含：
  • Bootloader（引导代码）
  • 分区表信息
  • 结束标志

如果 MBR 损坏，系统将无法启动！

✅ GRUB（Grand Unified Bootloader）

• 是一个功能强大的引导程序，用于加载 Linux 内核。
• 常见版本：GRUB Legacy 和 GRUB2
• 支持多系统启动（例如同时安装 Windows 和 Linux）

📄 示例：GRUB 菜单截图（伪代码）

GNU GRUB version 2.06
+----------------------------+
| Ubuntu                     |
| Advanced options for Ubuntu|
| CentOS Linux               |
| Memory test (+)            |
+----------------------------+
Use the ↑ and ↓ keys to select an option.

📌 注意：

• 如果你在阿里云 ECS 上使用的是 CentOS 或 Ubuntu，大多数情况下默认使用 GRUB2。
• 若 GRUB 出现问题，可通过 LiveCD 或救援模式修复。

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3. 内核加载阶段 🧠

此阶段的核心任务是将 Linux 内核（vmlinuz）和初始 RAM 磁盘（initrd）加载进内存，并开始执行内核。

主要工作包括：

• 初始化 CPU、内存、存储控制器等硬件。
• 挂载临时根文件系统（initramfs 或 initrd）。
• 加载必要的驱动程序（如硬盘控制器驱动）。
• 挂载真正的根文件系统（rootfs）。

📄 查看当前使用的内核版本命令：

uname -r

📌 注意：

• 如果你的根文件系统路径配置错误（如 /etc/default/grub 中的 GRUB_CMDLINE_LINUX），可能导致系统无法挂载根目录而进入紧急模式。
• 在阿里云 ECS 中，你可以通过 串口控制台 查看启动日志，帮助排错。

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4. init/systemd 阶段 🚀

这是系统初始化的关键阶段，决定哪些服务和进程会被启动。

传统方式：System V init（旧版）

• 使用 /etc/inittab 定义运行级别（runlevel）。
• 不同 runlevel 对应不同状态：
  • 0：关机
  • 1：单用户模式（恢复用）
  • 3：多用户模式（无图形界面）
  • 5：图形界面模式
  • 6：重启

新一代方式：systemd（现代主流）

• 更快、更智能、支持并行启动。
• 单元（unit）管理所有资源（服务、套接字、定时器等）。
• 默认目标（target）代替 runlevel：

target	类似 runlevel	功能
poweroff.target	runlevel 0	关机
rescue.target	runlevel 1	单用户模式
multi-user.target	runlevel 3	多用户无图形界面
graphical.target	runlevel 5	图形界面
reboot.target	runlevel 6	重启

📄 查看当前默认启动目标：

systemctl get-default

📄 切换启动目标：

sudo systemctl set-default multi-user.target

📌 注意：

• systemd 的日志可以通过 journalctl 查看。
• 阿里云 ECS 一般使用的是 systemd 架构，建议熟悉其基本命令。

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5. 登录界面阶段 📲

系统完成初始化后，会显示登录提示符或图形登录界面。

• 文本登录界面：由 getty 或 agetty 提供。
• 图形登录界面：由 gdm（GNOME）、sddm（KDE）等提供。

📄 查看当前登录终端：

who -b

📌 注意：

• 如果你连接的是阿里云 ECS，通常使用的是 SSH 登录，不会看到图形界面。
• 可以通过修改 /etc/ssh/sshd_config 来配置 SSH 登录行为（如禁用 root 登录）。

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⚙️ 实战案例：ECS 启动异常排查指南 🛠️

假设你的 ECS 实例在启动时出现异常，无法正常登录，以下是排查思路：

1. 使用阿里云控制台的“串口控制台”查看启动日志

• 登录阿里云控制台 ➝ 找到你的 ECS 实例 ➝ 点击“远程连接” ➝ 选择“串口控制台”
• 观察是否有如下关键词：
  • kernel panic
  • mount failed
  • grub rescue>
  • no such partition

2. 常见问题及解决方法

错误信息	原因	解决方案
kernel panic	内核损坏或驱动缺失	重装内核、更新 initramfs
mount failed	根文件系统路径错误	修改 grub.cfg 或重建 initramfs
grub rescue>	GRUB 文件丢失	使用 chroot 修复 GRUB
failed to mount /sysroot	文件系统损坏	fsck 检查磁盘
could not write bytes: broken pipe	SSH 服务未启动	使用串口登录后手动启动 sshd

📌 小技巧：

• 在阿里云中可以创建镜像快照备份系统盘，防止误操作导致系统损坏。
• 可使用 dracut 或 update-initramfs 工具重建 initramfs。

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📚 学习延伸建议

方向	推荐内容
深入了解 GRUB	info grub、man grub.cfg
理解 initramfs	dracut, mkinitcpio, update-initramfs
systemd 管理	systemctl list-units, journalctl -b
启动排错实战	使用 LiveCD 模式修复 MBR、GRUB、文件系统

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🧩 总结一句话：

“掌握 Linux 启动过程，就像掌握了打开系统的钥匙🔑 —— 无论你是运维、开发还是安全工程师，这都是必备技能！”

是否继续下一章？我将继续输出：

• 《Linux 文件系统详解》📁
• 《用户与权限管理实战》🔐
• 《Shell 脚本编程入门》🖥️

请告诉我你想深入的方向吧！🎯