1. BIOS/UEFI 階段

• 硬件自檢（POST）

  • BIOS/UEFI 執行硬件檢查（內存、CPU、外設等）。
  • 若硬件異常，通過蜂鳴碼或屏幕提示錯誤。

• 選擇啟動設備

  • 按配置順序（硬盤、U盤、網絡等）尋找可引導設備。
  • BIOS：讀取磁盤第一個扇區的 MBR（512字節）。
  • UEFI：從 ESP 分區（EFI System Partition）加載 .efi 文件（如 grubx64.efi）。

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2. 引導加載程序（Bootloader）

常見工具：GRUB2（GNU GRand Unified Bootloader）

GRUB2 工作流程：

1. Stage 1（MBR 或 ESP 分區）

   • 加載 Stage 1.5（如 core.img），提供基礎文件系統驅動。

2. Stage 2（/boot/grub/）

   • 加載配置文件 /boot/grub/grub.cfg，顯示啟動菜單。
   • 用戶可選擇內核版本或進入救援模式。

3. 加載內核與 initramfs

   • 將選定的 內核（vmlinuz） 和 initramfs 鏡像加載到內存。

關鍵文件：

• grub.cfg：由 grub-mkconfig 生成（編輯 /etc/default/grub 后需更新）。
• initramfs-*.img：包含根文件系統掛載前的必要驅動和工具。

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3. 內核初始化

1. 解壓與初始化

   • 內核解壓并初始化硬件（CPU、內存、設備樹等）。
   • 掛載臨時根文件系統（initramfs），加載關鍵驅動（如磁盤控制器、文件系統驅動）。

2. 切換至真實根文件系統

   • 通過 initramfs 中的腳本（如 /init）掛載真正的根分區（/）。
   • 卸載 initramfs，釋放內存。

3. 啟動第一個用戶進程

   • 內核啟動 PID=1 的進程：
     • 傳統系統：/sbin/init（SysV init）
     • 現代系統：systemd

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4. 用戶空間初始化

（1）SysV init 流程

• 讀取 /etc/inittab
  • 確定默認運行級別（id:3:initdefault:）。
• 執行 /etc/rc.d/rc.sysinit
  • 初始化網絡、掛載文件系統、加載內核模塊等。
• 按運行級別啟動服務
  • 運行級別目錄（如 /etc/rc3.d/），按 S##Service 順序啟動服務。

（2）systemd 流程

• 加載默認 Target
  • 默認目標：graphical.target（圖形界面）或 multi-user.target（命令行）。
• 并行啟動服務
  • 根據單元（Unit）依賴關系并發啟動服務，加速啟動。
• 關鍵命令：

  systemctl get-default        # 查看默認 Target
  systemctl set-default TARGET# 修改默認 Target
  

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5. 運行級別（Runlevel）與 Target 對照

SysV 運行級別	systemd Target	描述
0	poweroff.target	關機
1	rescue.target	單用戶模式（救援）
3	multi-user.target	多用戶命令行模式
5	graphical.target	圖形界面模式
6	reboot.target	重啟

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6. 用戶登錄

• 顯示管理器（Display Manager）
  • 圖形登錄：GDM（GNOME）、LightDM 等。
• 終端登錄
  • 啟動 getty 進程，提供 TTY 登錄界面。
• 登錄后加載 Shell
  • 執行用戶配置（/etc/profile、~/.bash_profile 等）。

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常見故障排查

1. GRUB 損壞

   • 使用 Live CD 修復或重裝 GRUB：

     grub-install /dev/sda
     update-grub
     

2. 內核啟動失敗

   • 在 GRUB 菜單中選擇舊版本內核啟動。
   • 檢查 /var/log/boot.log 或 journalctl -b（systemd 日志）。

3. 根文件系統掛載失敗

   • 在啟動參數中添加 init=/bin/bash 進入救援 Shell。
   • 檢查 /etc/fstab 或手動掛載根分區。

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四、流程圖

BIOS/UEFI → Bootloader → Kernel → Init Process → Target/Runlevel → Login

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附錄

• 查看啟動時間：systemd-analyze
• 重建 initramfs：mkinitramfs -o /boot/initrd.img-$(uname -r)
• 修改內核參數：編輯 /etc/default/grub → GRUB_CMDLINE_LINUX → 運行 update-grub

通過理解啟動流程，可更高效地診斷系統問題或優化啟動速度。