【温故知新】Linux系统启动流程(UEFI+GRUB模式)

一、硬件初始化阶段
1、电源自检(Power-On Self-Test, POST)
按下电源键后,主板 UEFI 固件执行核心硬件检测(内存、CPU、硬盘控制器、显卡等),硬件故障则终止启动并抛出提示,无异常则进入下一阶段。
2、固件初始化
UEFI 固件加载自身驱动,识别本地存储设备(硬盘 / SSD 等),初始化硬件运行环境,完成启动前基础准备。
3、启动管理器加载
UEFI 按预设启动项顺序,从EFI 系统分区(ESP) 读取并加载 GRUB 引导程序核心文件(grubx64.efi)。

二、引导加载阶段
4、GRUB 第一阶段加载
UEFI 将系统控制权移交 GRUB,加载 GRUB 核心运行模块,完成引导程序自身初始化。
5、GRUB 配置文件解析
读取 /boot/grub/grub.cfg 配置文件,解析内核路径、启动参数,多系统场景显示启动菜单(超时后选默认项)。
6、内核加载准备
根据配置将 Linux 内核镜像(vmlinuz)、初始内存盘(initramfs/initrd)加载至物理内存,向内核传递根分区位置等关键启动参数。

三、内核启动阶段
7、内核解压与初始化
内核在内存中自解压并运行,初始化 CPU、内存管理、进程调度、中断处理等内核核心子系统。
8、加载临时驱动与文件系统
挂载 initramfs 为临时根文件系统,加载硬盘、文件系统等内核原生未集成的必要驱动,为挂载真实根分区做准备。
9、挂载根文件系统
通过临时驱动识别并以只读模式挂载真实根文件系统(ext4/btrfs/xfs 等)。
10、切换根文件系统
从 initramfs 临时根切换至真实根分区,释放 initramfs 占用的内存资源。
11、启动第一个用户进程
内核启动首个用户空间进程(主流为 systemd,传统为 init),PID 固定为 1,内核将系统控制权完全移交用户空间,内核启动阶段完成。

四、用户空间初始化
12、初始化系统启动
systemd 读取核心配置文件(/etc/systemd/system/default.target),确定系统默认启动目标。
13、启动基础服务
按服务依赖关系并行启动基础核心服务:udev(硬件动态管理)、日志服务(journald/rsyslog)、/etc/fstab 配置的非根分区挂载(并将根分区从只读改为读写)等。
14、启动目标单元服务
根据默认启动目标(multi-user.target 命令行 /graphical.target 图形界面),启动对应服务组(如网络、SSH、定时任务等)。
15、登录界面 / Shell 就绪
启动字符终端 getty 进程或图形登录管理器(GDM/LightDM),显示登录提示 / 可视化登录界面,Linux 系统启动完成,进入可操作状态。

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