16 引导过程简介 #
引导 Linux 系统涉及不同组件和任务。固件和硬件初始化过程（取决于计算机的体系结构）完成后，引导加载程序 GRUB 2 会启动内核。在此之后，引导过程由操作系统控制，并由 systemd 处理。systemd 会提供一组“目标”，用于引导与日常使用、维护或紧急情况相关的配置。
16.1 术语 #
本章使用的术语可能存在歧义。为了理解本章中术语的用法，请阅读以下定义：
init有两个不同的进程通常命名为 “init”：
用于挂载根文件系统的
initramfs进程从实际根文件系统执行且用于启动其他所有进程的操作系统进程
在这两种情况下，
systemd程序都会处理此任务。首先会从initramfs执行此进程，以挂载根文件系统。挂载成功后，此进程将作为初始进程从根文件系统重新执行。为了避免混淆这两个systemd进程，我们将第一个进程称为 init on initramfs，将第二个进程称为 systemd。-
initrd/initramfs initrd（初始 RAM 磁盘）是一个映像文件，内含将由内核加载并作为临时根文件系统从/dev/ram挂载的根文件系统映像。挂载此文件系统需要使用文件系统驱动程序。从内核 2.6.13 开始，initrd 已由
initramfs（初始 RAM 文件系统）取代，后者无需文件系统驱动程序即可挂载。SUSE Linux Enterprise Desktop 只使用initramfs。但是，由于initramfs作为/boot/initrd存储，因此通常将其称为 “initrd”。本章只使用名称initramfs。
16.2 Linux 引导进程 #
Linux 引导进程包括多个阶段，每个阶段由一个不同组件来代表：
16.2.1 初始化和引导加载程序阶段 #
在初始化阶段，将设置计算机的硬件并准备好设备。此过程因硬件体系结构而异。
SUSE Linux Enterprise Desktop 在所有体系结构中都使用引导加载程序 GRUB 2。根据体系结构和固件，启动 GRUB 2 引导加载程序的过程可能包括多个步骤。引导加载程序的用途是加载内核以及基于 RAM 的初始文件系统 (initramfs)。有关 GRUB 2 的详细信息，请参见第 18 章 “引导加载程序 GRUB 2”。
16.2.1.1 AArch64 和 AMD64/Intel 64 上的初始化和引导加载程序阶段 #
在打开计算机之后，BIOS 或 UEFI 将初始化屏幕和键盘并测试主内存。直到这一阶段，计算机不访问任何大容量存储媒体。随后，将从 CMOS 值加载有关当前日期、时间和最重要的外设的信息。识别引导媒体及其几何尺寸之后，系统控制权将从 BIOS/UEFI 转到引导加载程序。
在装配传统 BIOS 的计算机上，只能加载引导磁盘的第一个 512 字节物理数据扇区（主引导记录，MBR）中的代码。只有极少量的 GRUB 2 代码能够挂载 MBR。引导加载程序的唯一作用就是从 MBR 与第一个分区（MBR 分区表）之间的间隙处，或是从 BIOS 引导分区（GPT 分区表）加载包含文件系统驱动程序的 GRUB 2 核心映像。此映像包含文件系统驱动程序，因此能够访问根文件系统中的 /boot。/boot 包含 GRUB 2 核心的附加模块以及内核和 initramfs 映像。获取此分区的访问权限后，GRUB 2 会将内核和 initramfs 映像加载到内存中，并将控制权交给内核。
从包含已加密分区 /boot 的加密文件系统引导 BIOS 系统时，需要输入解密口令两次。第一次是为了让 GRUB 2 解密 /boot，第二次是让 systemd 挂载加密的卷。
在装配 UEFI 的计算机上，引导过程比装配传统 BIOS 的计算机要简单得多。固件能够读取包含 GPT 分区表的磁盘的 FAT 格式化系统分区。此 EFI 系统分区（在运行的系统中挂载为 /boot/efi）可提供足够的空间，用于存储由固件直接加载和执行的完备 GRUB 2。
如果 BIOS/UEFI 支持网络引导，则也可以配置提供引导加载程序的引导服务器。然后，可以通过 PXE 引导系统。BIOS/UEFI 充当引导加载程序。它会从引导服务器获取引导映像并启动系统，而不受本地硬盘的影响。
16.2.1.2 IBM Z 上的初始化和引导加载程序阶段 #
在 IBM Z 上，必须通过名为 zipl（z 初始程序加载）的引导加载程序初始化引导进程。尽管 zipl 支持从多个文件系统读取数据，但不支持 SLE 默认文件系统 (Btrfs) 或者从快照引导。因此，SUSE Linux Enterprise Desktop 使用两阶段的引导过程来确保引导时完全支持 Btrfs：
zipl从/boot/zipl分区引导，该分区可格式化为 Ext2、Ext3、Ext4 或 XFS 文件系统。此分区包含一个极简的内核，以及一个加载到内存中的 initramfs。initramfs 包含 Btrfs 驱动程序（及其他组件）和引导加载程序 GRUB 2。内核是使用参数initgrub（告知要启动 GRUB 2）启动的。内核会挂载根文件系统，使
/boot可访问。现在，将从 initramfs 启动 GRUB 2。GRUB 从/boot/grub2/grub.cfg读取其配置，并从/boot加载最终的内核和 initramfs。现在，将通过 Kexec 加载新内核。
16.2.2 内核阶段 #
引导加载程序转交系统控制权后，所有体系结构中的引导过程都是相同的。引导加载程序会将内核和基于 RAM 的初始文件系统 (initramfs) 都加载到内存中，而内核将接管控制权。
内核确立内存管理权限并检测到 CPU 类型及其功能后，会初始化硬件，并从内存中挂载通过 initramfs 加载的临时根文件系统。
16.2.2.1 initramfs 文件 #
initramfs（初始 RAM 文件系统）是一个小型 cpio 存档，可由内核加载到 RAM 磁盘中。它位于 /boot/initrd 中。可以使用名为 dracut 的工具创建该文件，有关详细信息，请参见 man 8 dracut。
initramfs 提供了一个极简的 Linux 环境，可用于在挂载实际根文件系统之前执行程序。这个最小的 Linux 环境由 BIOS 或 UEFI 例程载入内存，而且除了需要足够的内存外没有特定的硬件要求。initramfs 存档必须始终提供一个名为 init 的可执行文件，该文件执行根文件系统上的 systemd 守护程序，使引导进程得以继续。
在能够挂载根文件系统并启动操作系统之前，内核需要相应的驱动程序来访问根文件系统所在的设备。这些驱动程序可能包括用于特定类型硬盘的特殊驱动程序，甚至还可能包括访问网络文件系统所需的网络驱动程序。根文件系统所需的模块由 initramfs 上的 init 加载。加载模块后，udev 将为 initramfs 提供所需的设备。在引导过程的后面，更改根文件系统之后需要重新生成设备。可以使用 systemd 单元 systemd-udev-trigger.service 来实现此目的。
16.2.2.1.1 重新生成 initramfs #
由于 initramfs 包含多个驱动程序，因此，每当其中某个驱动程序有新版本发布时，都需要更新 initramfs。在安装包含驱动程序更新的软件包时可以自动完成这种更新。YaST 或 zypper 通过显示用于生成 initramfs 的命令的输出来告知您此状况。但在某些情况下，您需要手动重新生成 initramfs：
- 由于更换硬件而需添加驱动程序
如果需要更换硬件（例如硬盘），并且引导时此硬件需要内核中存在不同的驱动程序，则您必须更新
initramfs文件。打开或创建
/etc/dracut.conf.d/10-DRIVER.conf，并添加如下一行内容（请注意前导空格）：force_drivers+=" DRIVER1 "
用驱动程序的模块名称替换 DRIVER1。如果您需要添加多个驱动程序，请将其全部列出并以空格分隔：
force_drivers+=" DRIVER1 DRIVER2 "
- 将系统目录移到 RAID 或 LVM
每次您要将正在运行的系统中的交换文件或系统目录（例如
/usr）移到 RAID 或逻辑卷时，都需要创建包含软件 RAID 或 LVM 驱动程序支持的initramfs。为此，请在
/etc/fstab中创建相关的项，并挂载新项（例如，使用mount -a和/或swapon -a）。- 将磁盘添加到包含根文件系统的 LVM 组或 Btrfs RAID
每当您要在包含根文件系统的逻辑卷组或者 Btrfs RAID 中添加（或去除）磁盘时，都需要创建一个支持扩容的卷的
initramfs。请按照过程 16.1 “生成 initramfs”中的说明操作。- 更改内核变量
如果您在
sysctl界面中通过编辑相关文件（/etc/sysctl.conf或/etc/sysctl.d/*.conf）更改了内核变量的值，系统下次重引导时，这项更改将会丢失。即使您在运行时使用sysctl --system加载这些值，更改也不会保存到initramfs文件中。您需要根据过程 16.1 “生成 initramfs”中所述更新该文件。
下面的过程中的所有命令都需要以 root 用户身份执行。
进入
/boot目录：#cd /boot使用
dracut生成一个新initramfs文件（以您选择的文件名替换 MY_INITRAMFS）：#dracut MY_INITRAMFS或者，可以运行
dracut -fFILENAME 来替换现有的 init 文件。（如果在上一步中运行了
dracut -f，请跳过此步骤。）基于您在上一步中创建的initramfs文件创建指向initrd的符号链接：#ln -sf MY_INITRAMFSinitrd在 IBM Z 体系结构中，另外还需运行
grub2-install。
16.2.3 Init on initramfs 阶段 #
由内核从 initramfs 挂载的临时根文件系统包含可执行文件 systemd（下面称作 init on initramfs，另请参见第 16.1 节 “术语”）。此程序执行挂载正确根文件系统所需的全部操作。它为所需的文件系统提供内核功能，并为使用 udev 的大量存储控制器提供设备驱动程序。
initramfs 上的 init 的主要用途是为挂载和访问真实根文件系统完成准备工作。根据您的系统配置的不同，initramfs 上的 init 负责以下任务。
- 加载内核模块
根据硬件配置的不同，可能需要一些特殊的驱动程序来访问计算机的硬件组件（最重要的组件是硬盘）。要访问最终的根文件系统，内核需要加载适当的文件系统驱动程序。
- 提供块特殊文件
内核根据加载的模块生成设备事件。
udev会处理这些事件，并在/dev中的 RAM 文件系统上生成所需的特殊块文件。没有这些特殊文件，文件系统和其他设备将不可访问。- 管理 RAID 和 LVM 设置
如果将系统配置为在 RAID 或 LVM 下保存根文件文件系统，则
initramfs上的init将设置 LVM 或 RAID 以支持以后对根文件系统的访问。- 管理网络配置
如果将系统配置为使用通过网络挂载的根文件系统（通过 NFS 挂载），则
init必须确保加载了正确的网络驱动程序，并且这些驱动程序设置为允许访问根文件系统。如果文件系统驻留在一个联网的块设备（如 iSCSI 或 SAN）上，则与存储服务器的连接也由
initramfs上的init设置。SUSE Linux Enterprise Desktop 支持在主要目标不可用的情况下从次要 iSCSI 目标引导。
如果根文件系统无法从引导环境中挂载，则必须先对其进行检查和修复，才能继续引导。如果文件系统为 Ext3 和 Ext4，文件系统检查程序将会自动启动。如果是 XFS 和 Btrfs 文件系统，则不会自动开始修复过程，而是向用户显示有关可用于修复文件系统的选项的信息。成功修复文件系统后，退出引导环境将会使系统重试挂载根文件系统。如果挂载成功，将正常继续引导。
16.2.3.1 安装过程中的 init on initramfs 阶段 #
如果在安装过程的初始引导阶段调用 init on initramfs，它要执行的任务将与上述任务不同。安装系统也不会从 initramfs 启动 systemd — 这些任务由 linuxrc 执行。
- 查找安装媒体
当您启动安装过程时，计算机会加载一个安装内核以及一个包含 YaST 安装程序的特殊
init。YaST 安装程序正在 RAM 文件系统中运行，它需要知道安装媒体的位置，才能访问安装媒体以安装操作系统。- 启动硬件识别并加载适当的内核模块
如第 16.2.2.1 节 “
initramfs文件”中所述，引导过程从最少的一组驱动程序（可在大多数硬件配置中使用）开始。在 AArch64、POWER 和 AMD64/Intel 64 计算机上，linuxrc会启动初始硬件扫描进程，以确定适合您的硬件配置的驱动程序集。在 IBM Z 上，需要提供驱动程序及其参数的列表（例如，通过 linuxrc 或 parmfile 提供）。这些驱动程序用于生成引导系统所需的自定义
initramfs。如果引导时不需要这些模块，但冷插拔时需要，您可以使用systemd加载这些模块。有关详细信息，请参见第 19.6.4 节 “加载内核模块”。- 加载安装系统
系统在正确识别硬件后会加载相应的驱动程序。
udev程序会创建特殊的设备文件，linuxrc使用 YaST 安装程序启动安装系统。- 启动 YaST
最后，
linuxrc会启动 YaST，后者会启动软件包安装和系统配置。
16.2.4 systemd 阶段 #
找到“实际的”根文件系统后，对其进行错误检查并挂载。如果挂载成功，系统会清理 initramfs 并执行根文件系统上的 systemd 守护程序。systemd 是 Linux 的系统和服务管理器。它是作为 PID 1 启动的父进程，充当用于启动和维护用户空间服务的 init 系统。有关详细信息，请参见 第 19 章 “systemd 守护程序”。