4.2 系統架構 系統架構 系統架構 系統架構
4.2.1 啟動程序 啟動程序 啟動程序 啟動程序
Kernel Shared Library
Application
Root File System Kernel Image
Hardware
Linux Kernel Loadable Kernel Modules C Library Other Libraries Shell Utilities GUI
Base Linux GUI System
Linux
少量的組合語言。而啟動過程中也執行了大量的所寫的 Shell Script(主要是 bash shell)，可以透過圖 12 來了解開機的整個流程。
圖 12 開機流程
當開啟 PC 的電源，BIOS 開機自我檢查（POST），按照 BIOS 中設置的啟動設備 (通常是硬碟)啟動，接著啟動設備上安裝的導引程序(boot loader)lilo 或 grub 開始 導引 Linux，Linux 首先進行核心(Kernel)的導引運作，接下來執行 init 程序，init 程序呼叫了 rc.sysinit 和 rc 等程序，rc.sysinit 和 rc 當完成系統初始化(initialization) 和執行服務的任務後，返回 init；init 啟動了 mingetty 後，打開了終端機供使用 者登錄系統，使用者登錄成功後進入了 Shell，這樣就完成了從開機到登錄的整 個啟動過程。
(1) BIOS (POST)
(2)Bootloader
(3)Kernel Boot
(4)Init
(5)Mingetty
rc.sysinit rc
(6)Shell
login Power
主要的開機程序可以分成圖 12 的數個流程，接下來我們簡單的敘述每個流程的 動作，而從原始碼角度來看的詳細過程放於附錄 B 當作參考。
(1) BIOS (POST)
BIOS ( Basic Input/Output Setup )的主要作用是作自我檢測(POST) ，是第一 個被載入電腦的資料，包含 CPU 資料、開機順序、硬碟大小、晶片組工作 狀態、PnP (Plug and Play)的開啟與否、記憶體的時脈等都記錄在 BIOS 當中，
開機之後，系統會先去找 BIOS 作硬體初始的動作。
(2) Bootloader
個人電腦的系統在讀完 BIOS 之後，會先去讀取第一個開機硬碟的第一個 磁區（master boot record， MBR），這個磁區主要就是在記錄開機的資訊，
LILO 或 GRUB 等 Bootloader 紀錄就是在 MBR，例如 LILO 記錄的資訊就 會被讀出來，並依內容執行不同的系統，也就是多重開機的設定。
(3) Kernel Boot
當在 LILO 的選單中選擇我們要的 Linux 系統，開發平台跑到 Linux 所在的 硬碟之下，就開始將所需要的核心載入。在 Linux 的系統下，通常開機的核 心都擺在 /boot 底下，因此這時候的 boot loader 就會到/boot 去尋找相關的 核心。本專題的 kernel 名稱通常是/boot/vmlinuz-2.4.20-8(Red Hat 9.0)的格 式，所以使用 uname –r 的指令就可了解目前的核心版本。當 kernel 載入之 後會作一系列系統初始和設置的動作，我們可以從 trace 原始碼的角度來觀 察，而這一系列的核心資料結構初始化及外部初始化的動作請參考附錄 B。
(4) Init
init 的 process id (pid)為 1，因此 init 行程是系統所有行程的起點，Linux 在 完成 kernel 導引以後，就開始執行 init 程序，init 程序需要讀取配置文件 /etc/inittab 的初始化檔案。inittab 是一個不可執行的文字檔案，由若干指令 所組成。Inittab(initialize table)的詳細內容請見附錄 C。在 init 作系統初始化
的動作時，呼叫執行/etc/rc.d/rc.sysinit，故在 init 的 inittab 中有這麼一行─
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
rc.sysinit 是一個 shell script，主要是完成一些系統初始化的工作，rc.sysinit 是每一個 run-level 都要首先執行的 shell script。主要工作有啟動 swap partition、檢查硬碟、mount 硬體模組區塊、以及其它一些需要優先執行任 務。
在 rc.sysinit 執行後，返回 init 繼續其它的動作，接下來啟動核心的外掛式模 組 (/etc/modules.conf)，接著執行到/etc/rc.d/rc 程序，rc 會根據不同的 run-level 啟動不同的 system service 的 daemon，當 daemon 啟動完成，rc 程序也就執 行完畢，然後再返回 init 繼續下一步。
(5) Mingetty
rc 執行完畢後，返回 init。此時候基本系統環境已設置好，各種 daemon 也 已經啟動。init 接下來會打開 6 個終端機，以便使用者登錄系統。通過按 Alt+Fn(n 對應 1-6)可在這 6 個終端機中切換，也可以自己設定終端機的個數。
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
在 2、3、4、5 的 run-level 中都將以 respawn 方式執行 mingetty 程序，mingetty 程序能打開終端機、設置模式。同時它會顯示一個文本登錄界面(run-level 3)，這個界面就是我們經常看到的登入界面，在這個登錄界面中會提示輸入 使用者帳號、密碼，傳給 login 程序來驗證使用者的身份。當 init 執行完之 後，在/etc/rc.local 當中我們可以設定一些平常手動載入的模組例如光碟或是 NAT 的服務，可以寫到 rc.local 中，在開機時就會自動載入，
(6) Shell
login 程序成功後，會向對應的終端機再輸出最近一次登入的訊息(在 /var/log/lastlog 中有記錄)，並檢查使用者是否有新郵件(在/usr/spool/mail/的 對應使用者名目錄下)。接著開始設置各種環境變數，對於 bash 來說，系統 首先尋找/etc/profile Script 文件，並執行它；如果使用者的主目錄中存 在.bash_profile 文件便執行，在這些文件中有可能呼叫了其它配置文件，所 有的配置文件執行後，各種環境變數也設好了，這時會出現熟悉的命令列提 示(command prompt)，到此整個啟動過程就結束了。
核心原始碼主要可以在
http://www.kernel.org/ 中找到，裡面提供了許多版本的
kernel。本專題主要的硬體平台是在 x86 和 ARM-9 目標板上，首先，在 x86 上是 以 2.4.20 為實驗版本，要特別注意的是，並不是每一個版本都可以支援開發的架 構，因此選擇的必須是比較穩定的版本，ARM 的 kernel 版本可以參考http://www.arm.linux.org.uk/developer 來找到相關的資訊，以 ARM 為例，主要是
使用 HyBUS 已經 Patch 過的 Kernel(2.4.18-rmk7-pxa1-xhyper255)，主要是使用 ARM 架構(patch-2.4.18-rmk7)、CPU 型號(diff-2.4.18-rmk7-pxa1)、及 ARM 目標 版(xhyper255_TKU3-2.4.18-rmk7-pxa1) 的 Patch，Patch 過的 kernel 當中便包含了 許多 ARM 和目標板所需要的功能核心組態詳細設定請見