SUSE linux的啟動過程介紹

引導Linux系統涉及不同的組件和任務。在固件和硬件初始化過程（取決于機器的架構）之后，內核通過引導加載程序GRUB2啟動。此后，引導過程完全由操作系統控制并由systemd處理。systemd提供了一組“target”，用于為日常使用、維護或緊急情況啟動配置。

1 術語

init

有兩種不同的進程會被命名為init:

掛載到根文件系統的initramfs進程
從真正的根文件系統開始執行的所有其他進程的操作系統進程

在這兩種情況下，systemd程序都會處理這個任務。它首先從initramfs執行以掛載根文件系統。一旦成功，它將作為初始進程從根文件系統重新執行。為了避免混淆這兩個systemd進程，我們在initramfs上將第一個進程稱為init，將第二個進程稱為systemd。

initrd/initramfs

initrd（初始RAM磁盤）是一個映像文件，其中包含由內核加載并從/dev/ram作為臨時根文件系統掛載的根文件系統映像。掛載此文件系統需要文件系統驅動程序。
從內核2.6.13開始，initrd已被initramfs（初始RAM文件系統）取代，它不需要掛載文件系統驅動程序。openSUSELeap專門使用initramfs。但是，由于initramfs被保存為/boot/initrd，因此通常稱為“initrd”。

2 系統啟動過程

2.1 初始化和引導加載程序階段

在初始化階段，設置機器的硬件并準備好設備。此過程在硬件架構之間存在顯著差異。
openSUSE Leap在所有架構上都使用引導加載程序GRUB2。根據架構和固件，啟動GRUB2引導加載程序可能是一個多步驟過程。引導加載程序的目的是加載內核和基于RAM的初始文件系統(initramfs)。

AArch64和AMD64/Intel64上的初始化和引導加載程序階段

電腦啟動后，BIOS和UEFI會初始化屏幕和鍵盤，并測試內存，但是不會訪問大容量存儲（硬盤）。隨后加載CMOS中的日期，時間和外設。識別到啟動介質后，系統控制權將會從BIOS/UEFI過度到boot loader。
在具有傳統BIOS的機器上，只能加載來自引導盤的第一個物理512字節扇區（主引導記錄，MBR）的代碼，只有最小的GEUB2適合MBR，它的主要目的是從MBR和第一個分區（MBR分區表）之間的間隙或從BIOS根分區（GPT分區表）加載一個包含文件系統驅動的GRUB2核心鏡像。這個景象包含了文件系統的驅動程序，因此能夠訪問位于根文件系統上的/boot目錄。/boot目錄包含了用于GRUB2核心一級內核和initramfs景象的附加模塊。一旦它可以訪問該分區，GRUB2就會將內核和initramfs鏡像加載到內存中，并將控制權交給內核。
當從包含一個加密的/boot分區的加密文件系統啟動BIOS時，需要輸入兩次密碼，第一次用于GRUB2加密/boot，第二次用于systemd掛載加密卷。
使用UEFI加載就會簡單些，固件能夠從具有GPT分區表的FAT磁盤分區中讀取。這個EFI系統分區（掛載到了/boot/efi）擁有足夠的空間來承載由固件直接加載和執行的成熟的GRUB2。
如果BIOS/UEFI支持網絡引導，還可以配置一個引導服務器，然后就可以通過PXE引導系統。BIOS/UEFI扮演了boot loader的角色。它從boot server獲取boot獎項并啟動系統。這是完全獨立于本地硬盤的。

2.2 內核階段

當boot loader通過了系統的控制，所有架構的加載過程就完全相同了。boot loader會加載內核和一個初始化基于RAM的文件系統（initramfs）到內存中，然后內核接管工作。
當內核設置好內存管理并且檢測到CPU的類型及特性后，將會初始化硬件并從使用initramfs加載的內存中掛載臨時根文件系統。

2.2.1 initramfs文件

initramfs（初始RAM文件系統）是一個小的cpio存檔，內核可以將其加載到RAM磁盤中。它位于/boot/initrd。它可以使用名為dracut的工具創建。
initramfs提供了一個最小的Linux環境，可以在安裝實際的根文件系統之前執行程序。這個最小的Linux環境由BIOS或UEFI例程加載到內存中，除了足夠的內存外，沒有特定的硬件要求。initramfs存檔必須始終提供一個名為init的可執行文件，該可執行文件在根文件系統上執行systemd守護程序，以便引導過程繼續進行。
在掛載根文件系統和啟動操作系統之前，內核需要相應的驅動程序來訪問根文件系統所在的設備。這些驅動程序可能包括特定類型硬盤的特殊驅動程序，甚至是訪問網絡文件系統的網絡驅動程序。根文件系統所需的模塊由initramfs上的init加載。加載模塊后，udev為initramfs提供所需的設備。稍后在啟動過程中，更改根文件系統后，需要重新生成設備。這是由systemd單元systemd-udev-trigger.service完成的。

重新生成initramfs

由于initramfs包含了驅動，因此在必要時需要進行升級，如果有相關的包，這過程會自動完成，YaST或zypper會提醒你生成新的initramfs，但有些時候需要手工完成這項工作。

硬件變化時添加驅動

如果變化的硬件需要不同的驅動加載到內核時，必須升級initramfs文件。
打開或創建文件/etc/dracut.conf.d/10-DRIVER.conf，添加如下信息：

force_drivers+="RTL8822BE"		#RTL8822BE為硬件型號，如果有多個硬件，兩個硬件型號使用空格隔開

當從一個正在運行的系統中移動交換機文件到RAID或邏輯卷時，需要創建一個包含支持軟件RAID或LVM驅動的initramfs。因此需要在/etc/fstab中創建新的掛載條目。

添加磁盤到包含了根文件系統的LVM組或btrfs RAID

這種情況下需要創建一個包含對擴大卷的支持的initramfs。

修改內核變量

如果通過sysctl接口修改相關聯的文件（/etc/sysctl.conf或/etc/sysctl.d/*.conf）來修改內核變量的值，下次重啟修改將會丟失，即使在運行時使用sysctl --system加載值，更改也不會保存到initramfs文件中。下面的例子是更新方法：

運行時生成新的initramfs文件

dracut MY_INITRAMFS

Replace MY_INITRAMFS with a file name of your choice. The new initramfs will be created as /boot/MY_INITRAMFS.

或者使用dracut -f命令強制覆蓋現有文件

創建一個執行initramfs文件的軟鏈接。（執行了dracut -f命令不需要這一步）

(cd /boot && ln -sf MY_INITRAMFS initrd)

2.3 initramfs階段的init

臨時根文件系統是從內核掛載，該內核來自包含了可執行的systemd的initramfs。（在下面的initramfs上稱為init）。改程序會執行所有的必要操作來掛載正確的根文件系統。它為使用udev的大容量存儲控制器所需的文件系統和設備驅動程序提供內核功能。
initramfs上init的主要目的是準備安裝和訪問真正的根文件系統。根據系統配置，initramfs上的init負責以下任務。

Loading kernel modules
取決于你的硬件配置，可能需要特殊的驅動程序來訪問計算機的硬件組件（最重要的組件是硬盤）。要訪問最終的根文件系統，內核需要加載正確的文件系統驅動程序。
Providing block special files
內核根據加載的模塊生成設備事件。udev處理這些事件并在/dev中的RAM文件系統上生成所需的特殊塊文件。如果沒有這些特殊文件，文件系統和其他設備將無法訪問。
Managing RAID and LVM setups
如果您將系統配置為在RAID或LVM下保存根文件系統，則initramfs上的init會設置LVM或RAID，以便稍后訪問根文件系統。
Managing the network configuration
如果您將系統配置為使用網絡安裝的根文件系統（通過NFS安裝），則init必須確保加載了正確的網絡驅動程序，并且將它們設置為允許訪問根文件系統。
如果文件系統位于iSCSI或SAN等網絡塊設備上，則initramfs上的init也會建立與存儲服務器的連接。如果主要目標不可用，openSUSELeap支持從次要iSCSI目標啟動。

如果無法從引導環境中掛載根文件系統，則必須先檢查并修復根文件系統，然后才能繼續引導。對于Ext3和Ext4文件系統，將會自動啟動檢查器。XFS和Btrfs文件系統的修復過程不是自動化的，用戶會看到描述可用于修復文件系統的選項的信息。文件系統修復成功后，退出引導環境會導致系統重新嘗試掛載根文件系統。如果成功，引導將繼續正常進行。

2.3.1 安裝過程中initramfs階段的init

作為安裝過程的一部分，在初始引導期間調用initramfs上的init時，其任務與上述任務不同。請注意，安裝系統也不會從initramfs啟動systemd——這些任務由linuxrc執行。

Finding the installation medium
當開始安裝，機器會加載安裝內核和包含YaST安裝器的init。YaST安裝器運行在RAM文件系統中，他需要安裝介質的地址以用于操作系統的安裝。
Initiating hardware recognition and loading appropriate kernel modules
引導過程從用于大多數硬件配置的最小驅動程序集開始。在AArch64、POWER和AMD64/Intel64架構的機器上，linuxrc會進行初始硬件掃描，用于尋找適合的硬件驅動。在IBM Z架構機器上，需要提供驅動程序列表和參數。這些驅動用于生成客戶自定義的initramfs，它用于啟動系統。如果模塊不需要用于啟動而是用于冷插拔，則可以使用systemd加載模塊。
Loading the installation system
硬件被識別后，就會加載適合的驅動。udev程序會創建指定的設備文件，linuxrc會使用YaST安裝器開始安裝系統的過程。
Starting YaST
最后，linuxrc會啟動YaST，然后開始軟件包安裝和系統配置。