Linux 系統啟動流程深度剖析：從 BIOS 到 Shell 的完整鏈路

整體流程宏觀視角

以 RedHat 9.0 / i386 為例，啟動鏈路劃分為六大階段：

1. 硬體自檢與引導載入：BIOS POST → MBR 引導區 → LILO/GRUB
2. 核心引導：壓縮核心解壓 → 保護模式進入 → start_kernel() 初始化核心子系統
3. init 進程誕生：PID 1 進程啟動，讀取 /etc/inittab
4. 系統初始化：rc.sysinit 完成交換分區、磁碟檢查、模組載入等
5. 運行級別服務啟動：rc 腳本啟動對應 runlevel 守護進程
6. 終端建立與用戶登入：mingetty 開啟虛擬終端 → login 驗證 → Shell 環境建立

階段一：核心引導

引導載入器階段

• bootsect.S：載入引導扇區，跳轉 setup.S
• setup.S：收集 BIOS 回傳硬體參數（記憶體、磁碟）至特定記憶體、偵測顯示模式、切換保護模式、跳轉 0x100000

核心解壓與初始化

• 0x100000 存放解壓後核心（bzImage 格式），由 arch/i386/boot/compressed/head.S 呼叫 decompress_kernel() 解壓
• CPU 跳轉 0x100000 執行 arch/i386/kernel/head.S::startup_32 → start_kernel()（init/main.c）
• start_kernel() 執行大量初始化：記憶體管理、陷阱門、定時器、中斷、調度器、VFS、驅動模型等
• 末尾呼叫 init() 創建首個核心執行緒（PID 1），完成外設驅動載入、根檔案系統掛載
• init() 重定向標準輸入輸出至 /dev/console，execve() 載入用戶空間 /sbin/init

階段二：init 進程與 inittab 解析

/etc/inittab 格式：id:runlevel:action:process

RedHat 典型 inittab 關鍵行

id:5:initdefault:                    # 預設運行級別 5 (圖形)
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit     # 系統初始化腳本
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5             # 級別 5 啟動 rc 腳本
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1   # 6 個文字終端
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon # 圖形登入管理器

階段三：系統初始化

/etc/rc.d/rc.sysinit（850+ 行 Bash 腳本）核心任務：

• 啟用交換分區
• 磁碟檢查
• 載入硬體模組
• 設定主機名、網路、防火牆等優先任務

建議管理員直接閱讀本機腳本理解細節。

階段四：運行級別服務啟動

/etc/rc.d/rc 接受級別參數（如 5），執行 /etc/rc.d/rc5.d/ 下腳本鏈結：

• S* 開頭：start 參數啟動
• K* 開頭：若服務已運行（/var/lock/subsys/ 有鎖文件），先 stop 再 start，確保級別切換時服務重啟

真實腳本位於 /etc/rc.d/init.d/，通用參數：start|stop|restart|status。常見守護進程：network, syslog, crond, sshd, httpd, smb, nfs, xinetd...。透過 chkconfig 或 setup 管理各級別服務清單。

階段五：終端建立

mingetty 以 respawn 模式在 tty1-6 運行，提供文字登入介面，接收用戶名傳遞給 login 驗證。

階段六：用戶登入與 Shell 環境建立

1. login 驗證邏輯：非 root 檢查 /etc/nologin、root 限制 /etc/securetty、/etc/usertty 附加限制
2. 查閱 /etc/passwd、/etc/shadow 驗證密碼、取得家目錄與 Shell（預設 /bin/bash）
3. 顯示上次登入資訊、檢查郵件
4. 環境變數建立順序：/etc/profile → ~/.bash_profile → 其引用的其他配置
5. 呈現命令提示符，啟動完成

圖示總結

掌握此鏈路，可精準定位啟動故障、客製化啟動流程、深入理解 Linux 核心與用戶空間交互機制。