系统启动其实很复杂，要想每个过程都了解感觉还是很难的。
这里记录一下主要过程吧，将来水平提升了再来补充。
0. 概述
总的来说分成下面几步吧：
- 按下电源，启动自检
- 进入BIOS，选择从硬盘启动
- 硬盘引导起来后，由grub接管
- 加载内核，进入系统
有几种常见的组合：
- BIOS legacy & MBR & grub legacy & sysvinit & initrd.img --> Centos5
- BIOS legacy & MBR & grub legacy & upstart & initramfs --> Centos6
- UEFI & GPT & grub legacy & upstart & initramfs --> Centos6
- BIOS legacy & MBR & grub2 & systemd & initramfs --> Centos7
- BIOS legacy & GPT & grub2 & systemd & initramfs --> Centos7 # 可选
- UEFI & GPT & grub2 & systemd & initramfs --> Centos7
1. 按下电源
在没按下电源之前，在机器已经通电的情况下，已经有一个bmc模块已经在运行了。通过bmc可以模拟开机的动作，也可以查看机器的状况。
在按下电源的时候，就会进入开机自检的状态，检查设备的CPU、硬盘等，如果发现严重的硬件故障，就会停止启动。
2. BIOS
BIOS有两种模式：
- legacy模式，也就是传统的BIOS模式，或者说UEFI固件的传统BIOS兼容模式；
- UEFI模式，这才是UEFI固件的主流模式；
创建的组合是：传统BIOS和MBR，传统BIOS和GPT，UEFI固件和GPT。
通常启动到一定时候就会出现 Press F1 xxxx, F12 xxxxx的字样，选择怎样的启动方式：
- 硬盘
- usb
- dvd
- network
- …
一般对硬盘来说，传统BIOS模式和原生UEFI固件启动时候的区别在于：
- 传统BIOS模式，启动后只是寻找硬盘中的固定位置（第一个扇区的前446字节）代码，并运行；
- UEFI模式，启动后寻找FAT32分区中的某个efi文件，并运行。
因为硬盘的第一个扇区太小了，根本干不了啥，所以只能让446字节的这段代码在指向另外一个位置（如果是MBR硬盘的话，就会指向MBR和第一个分区之间的缝隙区域，好尴尬的设置），让它来识别/boot分区，启动GRUB程序；这也是UEFI模式出现的原因之一，它让启动更加的简单了。
3. BootLoader
不管是硬盘还是光驱，都需要BootLoader来启动。
这里就说硬盘了，硬盘不同的分区，还是有点区别的，mbr不支持2TB以上的磁盘，因此，现在GPT分区的硬盘也越来越多了。
3.1 mbr BootLoader
第一个扇区，512字节中的前446个字节就是Boot程序，是一段汇编代码，因为空间只有446个字节，太少了，它的基本思想就是指向其他位置。
# 这三个是硬盘上的位置是系统启动的关键位置。
mbr ---> mbr gap ---> /boot
# 1.mbr 主引导分区，512字节的第一扇区
# 2.mbr gap 主引导分区和第一个分区之间的空隙
# 3./boot分区，一般是第一个分区
使用grub工具可以简单的部署上面说的这些东西，其实就是一些文件。但是使用grub和grub2有点区别，需要注意一下。
3.1.1 grub
grub，一般指的是grub legacy，版本号为0.97。Centos6以及之前的版本使用。
grub把启动需要的阶段分成了3个步骤，stage1、stage1_5、stage2。简单的来说，
stage1就是mbr的第一个分区的446字节二进制文件，作用是指向stage1_5。stage1_5,主要任务就是识别文件系统，包含了很多文件系统的驱动。保存在mbr gap缝隙之中，作用是指向stage2。stage2，作用是加载grub配置文件，进入加载内核等。保存在/boot目录下。
其实三个阶段设计的文件都保存在/boot下，当指定setup命令安装grub的时候，会将相应的文件写到指定的位置上。
#大概步骤就是这样了：
stage1 ---> stage1_5 ---> stage2 ---> vmlinuz&initrd ---> ...
启动 ---> fs驱动 ---> grub配置 ---> 内核&更多驱动 ---> ...
MBR --> stage1_5( mbr gap ) --> /boot/grub/menu.lst --> vmlinuz --> ...
这个步骤是固定的，基本需要调整的就是grub的配置文件/boot/grub/menu.lst。
3.1.2 grub2
grub 2.x的版本，RHEL7/Centos7以后开始使用，替换了原先的grub legacy。
grub2的方式基本和grub差不多，毕竟一脉相承，但是不再使用stage文件，而是用boot.img,core.img代替。
boot.img：这个文件基本跟stage1作用是一样的,作用就是跳转到core.img上；core.img：跟stage1_5基本差不多,在mbr的磁盘分区方式下，会放在mbr gap缝隙中。core.img内会包含一些必要的模块，以便能够grub访问到/boot/grub目录。因为grub2使用了大量动态模块，core.img会足够小。当然，core.img里面还有不同，不细说了。
所以启动的步骤也基本类似的：
1，读取硬盘第一扇区，也就是加载了boot.img
2，跳转到mbr和第一个分区的缝隙中的core.img，加载必要的模块，启动grub2
3，跳转到/boot下，grub2启动并加载grub2.cfg的配置文件
4，加载vmlinuz内核等...
简单来说就是： BIOS --> MBR --> core.img ( mbr gap ) --> grub.cfg --> vmlinuz --> ...
同样的，常见的调整就是修改grub2的配置，不过grub2的配置文件相对复杂一些，一般不再直接修改/boot/grub2/grub.cfg文件，而是通过修改/etc/grub/default和grub-mkconfig来自动生成配置。
3.2 GPT BootLoader
对于GPT硬盘，一般会使用UEFI进行启动，有时候也会使用BIOS legacy方式。
3.2.1 grub
- BIOS+GPT 模式：貌似不可行。
- UEFI + GPT模式
Centos6系统下的分区如下：
[root@cn4 ~]# df -hT
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/vg_cn4-lv_root
ext4 17G 675M 16G 5% /
tmpfs tmpfs 490M 0 490M 0% /dev/shm
/dev/sda2 ext4 477M 27M 425M 6% /boot
/dev/sda1 vfat 200M 264K 200M 1% /boot/efi
启动过程中UEFI直接指向了/boot/efi这个文件系统中的grub.efi文件。
[root@cn4 ~]# cd /boot/efi/EFI/redhat/
[root@cn4 redhat]# ls -l
total 256
-rwx------ 1 root root 880 Aug 28 23:17 grub.conf # 配置文件
-rwx------ 1 root root 254317 Mar 23 2017 grub.efi # 加载grub，指向grub.cfg
启动顺序：
UEFI --> grub.efi --> grub.cfg --> vmlinuz --> ...
3.2.2 grub2
- BIOS + GPT 模式
在BIOS&GPT硬盘下的grub2与mbr方式只有一点区别，就是core.img的位置，它放在了一个专用的分区之中，使用不同工具划分分区，需要添加不同的标签，这个分区大小1M即可。
# parted --> bios_grub
# gdisk --> ef02
# anconda图形界面 --> 需要指定为 BIOS Boot 的Filesystem
使用下面的命令可以修改一个分区为bios_grub模式
parted /dev/sda set 1 bios_grub on
启动顺序为：
BIOS --> MBR --> core.img (EF02 partition) --> grub.cfg --> vmlinuz --> ...
下图显示了GRUB2在MBR和GPT两种格式下的不同之处，来之wikipedia
- UEFI + GPT 模式
在UEFI&GPT的模式下，因为UEFI能够直接读取文件系统，不需要直接读取某个扇区中的内容，因此直接指向类似core.img的一个grub.efi文件来启动grub2程序，加载grub.cfg这个配置文件。
这个文件的位置是：/boot/efi/EFI/centos/grubx64.efi。
这种模式下的分区也有些区别，需要额外增加一个专用efi分区，格式为fat32，挂载位置是/boot/efi，大小自定默认200M。
# 这种模式下的分区，是这样的：
[root@cn2 ~]# df -hT |grep -v tmpfs
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/mapper/centos-root xfs 17G 1.2G 16G 7% /
/dev/sda2 xfs 1014M 138M 877M 14% /boot
/dev/sda1 vfat 200M 12M 189M 6% /boot/efi
启动顺序：
启动顺序为：UEFI --> grubx64.efi --> grub.cfg --> vmlinuz --> ...
4. kernel & initrd
现在grub或者grub2的工作就完成了，把内核vmlinuz加载到了内存，并传递了执行的参数以及initrd的位置，就是grub.cfg参数中所写的那些。
vmlinuz&initrd —> 0# —> 1# —> 2# —> …
4.1 vmlinuz
vmlinuz文件是一个bzImage压缩文件，
# 这是centos7.6的vmlinuz文件属性和文件大小
[root@cn2 boot]# file vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64
vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 3.10.0-957.el7.x86_64 (mockbuild@kbuilder.bsys.centos.org) #1 S, RO-rootFS, swap_dev 0x6, Normal VGA
[root@cn2 boot]# du -h vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64
6.4M vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64
运行后创建0号进程，然后创建1号和2号进程。
# 这是CentOS7.6 的1号和2号进程
[root@cn2 boot]# ps -ef |head -n 3
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
root 1 0 0 22:03 ? 00:00:01 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root --system --deserialize 22
root 2 0 0 22:03 ? 00:00:00 [kthreadd]
但是呢，有一个前提，1号进程执行的程序放在了/usr目录下面（或者说是根目录下面），那么就要求vmlinuz内核必须要先加载根文件系统，为了应对不同类型的根文件系统内核就会越来越大，因此采用了另外一种折中方案，附带一个initrd来放驱动之类的系统专有文件。vmlinuz中只包含一些必要的共性文件。
4.2 initrd.img & initramfs
initrd.img适用于centos5，initramfs适用于centos6和centos7。目的是一样的，但是实际上有很大的区别。
4.2.1 initrd.img
initrd是一个镜像文件系统，被加载到内存中，实现找到真正的根文件系统、加载必要的驱动、收集内核运行状态、设备信息等。其中/sys,/proc,/dev等目录中的信息就是它收集的。另外，完成这些工作后，它将会切换到真正的根文件系统中，将权限正式交给用户空间。
# centos 5.8 中的initrd 文件
[root@localhost ~]# cp /boot/initrd-2.6.18-308.el5.img /tmp/initrd.gz
[root@localhost tmp]# gunzip initrd.gz
[root@localhost tmp]# cpio -id < initrd
[root@localhost tmp]# ls
bin dev etc init initrd lib proc sbin sys sysroot
4.2.2 initramfs
initramfs是initrd的改进版本，它将进程为1的init文件直接放在了initramfs中，先运行init，再挂载根目录。解压后就可以直接看到init执行文件。如果是centos7版本，可以发现init是一个软连接，目标就是systemd命令。
4.3 sysvinit & upstart & systemd
sysvinit ---> centos5
upstart ---> centos6
systemd ---> centos7 ...
4.3.1 sysvinit
sysvinit启动风格，特点是：单线程的，顺序执行，后面的进程启动必须等待前面进程；同时，不是基于事件的启动方式，在centos5中使用。
它的管理方式就是运行级别体系，运行级别1至6共6个级别，不同的级别使用不同的rc目录中的脚本来启动或者停止相关服务。
4.3.2 upstart
sysvinit的替代品，更优。并行的，只要事件发生，就能够启动服务。比如，光驱或USB设备的的自动识别。其操作和配置方法与sysvinit风格一致。
# 启停服务
service sshd start|stop|restart|status
# 开机自启动
chkconfig --list sshd
chkconfig sshd on|off
# 通过运行级别可以关机
init 0
# 重启
init 6
4.3.3 systemd
更好更加完善的启动风格，但是及其庞大和复杂，也经常被人诟病。
详细内容可以参看systemd 中文手册。
# 启停服务
systemctl start|stop|status|restart sshd.service
# 开机自启动
systemctl disable|enable sshd
# 关机和重启
systemctl poweroff
systemctl reboot
# 照顾大家习惯沿用了 init 0 和init 6
# 日志的管理
journalctl -f -u sshd
journalctl -u sshd
关于网络服务，centos7里也保留了network服务，并且是sysvinit风格的。未来版本将会取消（RHEL8中已经取消了），使用NetworkManager.service来管理。
# 可以使用原有的风格来管理网络服务
[root@cn2 ~]# chkconfig --list |grep network # 不确定是否失效
network 0:off 1:off 2:on 3:on 4:on 5:on 6:off
[root@cn2 ~]# service network restart
Restarting network (via systemctl): [ OK ]
# 用systemctl管理的network服务也是调用了rc脚本
[root@cn2 ~]# systemctl cat network
...
ExecStart=/etc/rc.d/init.d/network start
ExecStop=/etc/rc.d/init.d/network stop
systemd 启动过程，还是相当比较复杂的。
