• 服务器启动的一般流程
  • 1. 上电启动主板上的BIOS或者UEFI BIOS程序
  • 2. BIOS寻找并加载boot loader
  • 3. BootLoader 引导内核
  • 4. Kernel 加载 initramfs
  • 5. Initramfs 寻找并挂载根文件系统
  • 6. Systemd 启动操作系统
  • 7. 登录界面

服务器启动的一般流程

1. 上电启动主板上的BIOS或者UEFI BIOS程序

UEFI可以理解为新一代的BIOS。
不同于传统BIOS开机启动先要进行硬件自检，若硬件异常会有蜂鸣报警；
UEFI直接初始化CPU和内存，硬件有问题会直接黑屏。
相比于传统的BIOS，UEFI开机启动速度更快，对新硬件的支持性更好。

2. BIOS寻找并加载boot loader

计算机寻找被称为引导加载程序 的方式非常灵活，比如，

从硬盘中加载（一般使用GRUB2作为bootloader）：

• UEFI -> GPT硬盘分区 -> GRUB2
  加载 /boot/efi/EFI/openEuler/grubaa64.efi ；x86_64的机器则是 grubx64.efi 文件

• BIOS -> MBR硬盘分区 -> GRUB2
  加载第一块硬盘第一个扇区中的 Stage 1 bootloader，然后再加载 Stage 2 bootloader
  相关文件在该硬盘分区的 /boot/grub2 目录下。

或者通过网络下载（一般使用 PXE 或者 iPXE 作为bootloader）：

• BIOS/UEFI -> PXE
  bootloader 文件为"pxelinux.0"

• BIOS/UEFI -> PXE -> iPXE 方式
  计算机使用 BIOS 启动，iPXE的文件为"undionly.kpxe"；使用UEFI启动，iPXE的文件为"ipxe.efi"

• BIOS -> MBR硬盘分区 -> GRUB2 -> iPXE
  使用 BIOS 启动，开机加载硬盘上的 GRUB2，从GRUB2 去加载 iPXE 的程序文件。

需要预先将ipxe的程序文件放到 /boot分区下，并增加到 grub.cfg 的启动项，并设置以 iPXE的启动项重新启动。

3. BootLoader 引导内核

CPU架构会影响BootLoader的引导过程，我们以 AArch64 为例，过程如下：

• 设置和初始化RAM
• 设置设备树
• decompress the kernel image
• call the kernel image

refer to: https://www.kernel.org/doc/html/latest/arm64/booting.html

在常用的 gurb.cfg 中的配置中，使用 GRUB2 的命令，指定 kernel image 和 initial ramdisk 就可以引导内核，进而启动操作系统。
示例如下：

	linux	/vmlinuz-4.19.90-btrfs-arm64 root=/dev/mapper/openeuler-root ro rd.lvm.lv=openeuler/root rd.lvm.lv=openeuler/swap  smmu.bypassdev=0x1000:0x17 smmu.bypassdev=0x1000:0x15 crashkernel=1024M,high

	initrd	/initramfs.lkp-4.19.90-btrfs-arm64.img

refer to: http://www.jinbuguo.com/systemd/systemd-fstab-generator.html

在网络引导的方式选择中，一般使用iPXE，以支持更多样的场景。
比如，在ipxe官网，有如下简介：

• boot from a web server via HTTP
• boot from an iSCSI SAN
• boot from a Fibre Channel SAN via FCoE
• boot from an AoE SAN
• boot from a wireless network
• boot from a wide-area network
• boot from an Infiniband network
• control the boot process with a script

在后面的介绍中，会具体介绍compass ci 使用 iPXE 从网络引导操作系统的过程。

BootLoader 在加载 kernel和可能的initramfs文件之后，调用kernel。

4. Kernel 加载 initramfs

内核将initramfs(初始RAM文件系统)归档文件解压到(当前为空的)rootfs(一个ramfs或者tmpfs类型的初始根文件系统)。

这是计算机启动过程中可以访问的第一个根文件系统，它的作用是挂载真正的操作系统。
在某些场景下，initramfs 也可以作为最终的根文件系统。

内核执行 initramfs 中的1号进程，现在一般是systemd。

5. Initramfs 寻找并挂载根文件系统

Initramfs 是初始内存文件系统，它通常和 kernel 一起存放在/boot分区中，每次安装新内核时都会生成一个新的 initramfs。
默认情况下，initramfs归档文件只包含特定计算机需要的驱动程序。这使得存档更小，并减少了计算机启动所需的时间。

Initramfs 使用 dracut 进行管理，在一个安装好的系统上使用 dracut 命令可以直接创建一个适配当前运行内核的 initramfs 文件。
命令语法：# dracut [--force] [/PATH/TO/new_image_name] [kernel version]

其中 --force，表示覆盖/boot 目录下同名的 initramfs 文件。

Initramfs，也就是 dracut 的目的是挂载真正的根文件系统。

refer to: https://www.man7.org/linux/man-pages/man7/dracut.bootup.7.html

上面 GRUB2 的配置文件中，"root=/dev/mapper/openeuler-root" 指定根文件系统设备。
在使用initrd的系统上，该参数由initrd解析。

查看 dracut支持的内核参数
可以支持的选项如下：

• root=nfs:[:][:]
• root=/dev/nfs nfsroot=[:][:]
• root=cifs://[[:]@]:
• root=live:
  ......

6. Systemd 启动操作系统

在真正的根文件系统挂载之后，systemd 要完成的事情如下：

• 挂载 /etc/fstab 所定义的文件系统，包括所有交换文件或分区
• 访问 /etc/systemd/system/default.target 来确定将主机引导至哪个状态或目标
• 按照 systemd 置文件的规则，递归启动操作系统需要的文件系统、服务和驱动程序
• 执行 /etc/rc.d/rc.local (需要文件存在，且有执行权限；兼容传统的 System V 系统)

使用systemd-analyze critical-chain | grep target 命令，得到如下：

multi-user.target @39.632s
└─network-online.target @14.727s
└─basic.target @6.623s
└─sockets.target @6.603s
└─sysinit.target @6.479s
└─local-fs.target @5.959s
└─local-fs-pre.target @4.197s

以 ".target" 为后缀的单元文件，封装了一个由 systemd 管理的启动目标单元，用于在启动过程中将一组单元汇聚到一个众所周知的同步点。

使用systemctl list-dependencies multi-user.target 命令，还可以看到更清晰的启动依赖及顺序关系。

启动过程是高度并行化的，因此特定目标单元到达的顺序不是确定的，但仍然遵循有限数量的顺序结构。

Systemd 日志查看：journalctl

7. 登录界面