Linux基础-启动流程

核心结论	说明
Linux 启动不是从内核开始，而是从固件开始	UEFI/BIOS 完成硬件初始化后，才进入 Bootloader
内核启动后第一个用户态进程是 PID 1	现代发行版通常是 `systemd`，旧系统可能是 SysV init
systemd 用 target 取代传统运行级别	`multi-user.target` 类似 runlevel 3，`graphical.target` 类似 runlevel 5
用户登录后才进入 Shell 初始化阶段	`/etc/profile`、`~/.bash_profile`、`~/.bashrc` 属于登录后的 Shell 行为

1.简介

Linux 启动流程经常被简化成：

1
BIOS -> GRUB -> Kernel -> init -> login

这个说法方向没错，但不够完整。现代 Linux 需要区分三条线：

硬件 / 固件启动线：BIOS 或 UEFI 做硬件初始化；
内核启动线：Bootloader 加载内核，内核挂载根文件系统；
用户态初始化线：PID 1 启动服务，最终提供登录环境。

2.说明

2.1 总体流程

Power On
  ↓
BIOS / UEFI
  ↓
Bootloader（GRUB）
  ↓
Linux Kernel + initramfs
  ↓
挂载 rootfs
  ↓
PID 1（systemd / init）
  ↓
启动系统服务
  ↓
getty / display manager / sshd
  ↓
用户登录
  ↓
Shell 初始化

2.2 BIOS / UEFI

固件负责最早期的硬件初始化。

项目	BIOS	UEFI
启动方式	读取 MBR 引导代码	读取 EFI System Partition 中的 `.efi` 文件
分区表	常见 MBR	常见 GPT
启动文件	磁盘前 446 字节引导代码	`EFI/BOOT/*.efi` 或发行版自己的 EFI 文件
现代系统	逐步淘汰	主流方式

UEFI 场景下常见文件路径：

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3
/boot/efi/EFI/ubuntu/grubx64.efi
/boot/efi/EFI/centos/grubx64.efi
/boot/efi/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI

2.3 Bootloader：GRUB

Bootloader 的主要职责：

展示启动菜单；
加载 Linux 内核文件；
加载 initramfs；
向内核传递启动参数。

常见文件：

文件	说明
`/boot/vmlinuz-*`	压缩后的 Linux 内核镜像
`/boot/initrd.img-` 或 `/boot/initramfs-`	初始内存文件系统
`/boot/grub/grub.cfg`	GRUB 主配置文件
`/etc/default/grub`	GRUB 默认参数配置

查看当前内核启动参数：

1
cat /proc/cmdline

示例：

1
BOOT_IMAGE=/boot/vmlinuz-5.15.0 root=UUID=xxx ro quiet splash

2.4 Kernel 与 initramfs

内核被加载后，会完成以下动作：

初始化 CPU、内存、调度器；
初始化驱动；
挂载 initramfs；
根据启动参数找到真正的根文件系统；
挂载 rootfs；
启动第一个用户态进程。

initramfs 的作用：在真正的根文件系统挂载前，提供必要工具和驱动。

典型场景：

根分区在 LVM 上；
根分区加密；
根分区在 RAID 上；
需要提前加载存储驱动。

如果 initramfs 缺少必要驱动，可能出现无法挂载根文件系统：

1
Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs

2.5 PID 1：systemd / init

内核启动的第一个用户态进程固定是 PID 1。

查看当前系统 PID 1：

1
ps -p 1 -o pid,comm,args

常见结果：

1
2
PID COMMAND         COMMAND
  1 systemd         /sbin/init

现代主流发行版中，/sbin/init 通常是指向 systemd 的软链接。

1
ls -l /sbin/init

2.6 systemd target 与 SysV runlevel

旧 SysV init 使用 runlevel：

Runlevel	含义
0	关机
1	单用户模式
2	多用户模式，不同发行版含义略有差异
3	多用户命令行模式
4	保留
5	图形界面模式
6	重启

systemd 使用 target：

systemd target	类似 runlevel	说明
`poweroff.target`	0	关机
`rescue.target`	1	救援模式
`multi-user.target`	3	多用户命令行模式
`graphical.target`	5	图形界面模式
`reboot.target`	6	重启

查看默认 target：

1
systemctl get-default

设置默认 target：

1
2
systemctl set-default multi-user.target
systemctl set-default graphical.target

2.7 服务启动

systemd 根据 unit 文件启动服务。

常见 unit 类型：

类型	说明	示例
`.service`	系统服务	`sshd.service`、`docker.service`
`.socket`	Socket 激活	`systemd-journald.socket`
`.target`	一组 unit 的集合	`multi-user.target`
`.mount`	挂载点	`home.mount`
`.timer`	定时任务	`logrotate.timer`

常见目录：

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/usr/lib/systemd/system/
/lib/systemd/system/
/etc/systemd/system/

优先级通常是：/etc/systemd/system/ 覆盖系统默认 unit。

查看服务启动耗时：

1
2
3
systemd-analyze
systemd-analyze blame
systemd-analyze critical-chain

查看某个服务状态：

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2
systemctl status sshd
journalctl -u sshd -b

2.8 用户登录与 Shell 初始化

系统服务启动完成后，用户可以通过不同方式登录：

登录方式	关键组件
本地命令行	`getty` + `login`
SSH	`sshd`
图形界面	display manager，例如 `gdm`、`sddm`、`lightdm`

Bash 启动文件需要区分登录 Shell 和非登录 Shell。

场景	读取文件
登录 Shell	`/etc/profile`，然后读取 `~/.bash_profile` / `~/.bash_login` / `~/.profile` 中第一个存在的文件
非登录交互 Shell	`~/.bashrc`
非交互 Shell	通常不读取上述文件，除非通过环境变量或参数指定

常见建议：

环境变量、PATH 等需要登录继承的内容放 ~/.profile 或 ~/.bash_profile；
alias、prompt、补全等交互配置放 ~/.bashrc；
~/.bash_profile 中通常显式加载 ~/.bashrc。

示例：

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if [ -f ~/.bashrc ]; then
  . ~/.bashrc
fi

2.9 常见排查命令

目标	命令
查看内核参数	`cat /proc/cmdline`
查看当前内核	`uname -r`
查看 PID 1	`ps -p 1 -o pid,comm,args`
查看默认 target	`systemctl get-default`
查看本次启动日志	`journalctl -b`
查看上次启动日志	`journalctl -b -1`
查看启动耗时	`systemd-analyze blame`
查看失败服务	`systemctl --failed`
查看服务依赖链	`systemctl list-dependencies multi-user.target`

3.总结

Linux 启动流程可以分为：固件初始化、Bootloader、Kernel、initramfs、rootfs、PID 1、服务启动、用户登录；
BIOS / UEFI 负责找到 Bootloader，GRUB 负责加载内核和 initramfs；
内核启动后会挂载根文件系统，并启动第一个用户态进程 PID 1；
现代 Linux 大多使用 systemd，target 取代传统 runlevel；
Shell 初始化发生在用户登录之后，不属于内核或 systemd 启动阶段。

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