Linux 系统开机加电后发生了什么?
内容提要
本文介绍了Linux系统的启动流程，包括BIOS自检、引导操作系统、加载MBR、加载操作系统、加载内核等步骤。
延伸解读
从实模式到保护模式：内核启动的关键跨越
文章指出，内核映像被加载后，会先执行解压缩例程，将压缩的zImage或bzImage解压到高端内存，然后调用start_kernel。这一阶段的核心变化是CPU从实模式切换到保护模式，并建立中断描述符表、全局描述符表和内存分页机制。这意味着启动过程不仅是代码加载，更是运行环境的根本切换，为后续多任务和内存管理奠定基础。
GRUB的三阶段设计：为何能识别文件系统
与LILO使用裸扇区不同，GRUB通过三个阶段的引导加载程序，能够从ext2、ext3等文件系统中加载内核。第一阶段位于MBR，负责启动stage1.5；stage1.5包含文件系统驱动，用于理解内核镜像格式；之后才加载stage2，提供菜单和命令行控制。这种设计让GRUB可以灵活选择内核并修改启动参数，但也增加了引导过程的复杂性。
MBR的512字节限制与分区约束
文章详细拆解了MBR的512字节结构：446字节主引导程序、64字节分区表和2字节结束标志0xAA55。分区表仅能记录四个主分区，每个分区16字节，其中扇区总数字段为32位，因此单个分区最大不超过2TB。若需更大空间，只能提高扇区字节数或增加扇区总数。这解释了传统BIOS+MBR方案在超大硬盘上的局限性。
init进程与运行级别：用户层初始化的起点
内核完成初始化后，会启动第一个用户层进程/sbin/init，它读取/etc/inittab设定运行级别，例如级别5表示有网络和X-Window的多用户模式。随后init执行rc.sysinit脚本，完成设置PATH、启动swap、挂载/proc等基础工作，再根据运行级别运行相应脚本，最后执行rc.local供用户自定义。这一流程决定了系统启动后各服务的启动顺序和最终状态。
Q&A
电脑加电后，CPU为什么不能直接运行硬盘上的操作系统？
因为CPU逻辑电路被设计为只能运行内存中的程序，没有能力直接运行存在于软盘或硬盘中的操作系统。操作系统必须先被加载到内存（RAM）中才能运行。
BIOS在启动过程中具体做了哪些关键工作？
BIOS首先进行POST上电自检，检查硬件设备；然后枚举本地设备并初始化；最关键的是在内存低端构建中断向量表和中断服务程序，为启动操作系统做准备；最后按照启动顺序搜索可引导设备，将控制权转交给MBR。
MBR位于硬盘的什么位置？它由哪几部分组成？
MBR（主引导记录）位于硬盘的第一个扇区（0磁头0磁道1扇区），共512字节。它由三部分组成：第1-446字节是主引导加载程序（含可执行代码和错误消息文本）；第447-510字节是分区表（64字节，含四个分区记录，每个16字节）；第511-512字节是结束标志0x55和0xAA。
GRUB相比LILO有什么优势？它是如何分阶段加载的？
GRUB包含了Linux文件系统的知识，能够从ext2或ext3等文件系统中加载Linux内核，而LILO使用裸扇区。GRUB将两阶段的boot loader转换成三个阶段：stage1在MBR中，启动stage1.5来理解文件系统格式（如reiserfs_stage1_5或e2fs_stage1_5），然后加载stage2，stage2可以显示可选内核清单并提供命令行控制。
Linux内核映像被加载后，内核做了哪些初始化工作？
内核首先进行硬件检测，然后解压缩自身并安装必要驱动，初始化与文件系统相关的虚拟设备（如LVM或RAID），装载根文件系统并挂载根目录，最后在进程空间中加载init程序。
Linux的运行级别有哪些？分别代表什么含义？
Linux的运行级别包括：0关机；1单用户模式；2无网络支持的多用户模式；3有网络支持的多用户模式；4保留未使用；5有网络支持有X-Window支持的多用户模式；6重新引导系统即重启。
init进程在系统启动后期主要执行哪些任务？
init进程是第一个用户层进程，它读取/etc/inittab文件设定运行级别，然后执行rc.sysinit脚本（设定PATH、网络配置、启动swap、设定/proc等），装载内核模块，执行对应运行级别的脚本程序（rc0.d到rc6.d），执行/etc/rc.d/rc.local，最后执行/bin/login程序进入登录状态。
