Процесс загрузки Linux подробное руководство

Загрузка операционной системы Linux – это сложный процесс, который происходит на уровне ядра. Он начинается с момента включения компьютера и включает в себя несколько важных этапов. В этой статье мы рассмотрим подробно каждый шаг загрузки Linux и расскажем о различных программных и аппаратных компонентах, которые участвуют в этом процессе.

Первый этап загрузки Linux – это процесс включения компьютера. Когда вы нажимаете кнопку включения, процессор выполняет инструкции, записанные в материнской плате. Затем включается процессор и устройства памяти и начинают выполняться программы из ПЗУ (постоянного запоминающего устройства) или загрузочного устройства, такого как жесткий диск.

Далее происходит загрузка ядра операционной системы в память. Ядро Linux – это программное обеспечение, которое управляет всей системой и выполняет множество функций. На этом этапе происходит инициализация ядра и загрузка необходимых модулей. Ядро Linux занимает определенный объем памяти и уже находится в оперативной памяти в момент загрузки системы.

После загрузки ядра выполняется следующий этап – запуск системных служб и программ. На этой стадии система обращается к файлам конфигурации, таким как /etc/rc.d/rc0.d и /etc/rc.d/rc5.d, чтобы узнать, какие службы и программы должны быть запущены при загрузке. Для каждой службы определены скрипты, которые выполняют необходимые действия. Например, служба sendmail может быть запущена скриптом /etc/rc.d/rc5.d/S25sendmail при загрузке в пятый уровень выполнения.

Пятый и последний шаг заключается в запуске графической среды и установке оконного менеджера. На этом этапе происходит запуск нескольких программ для управления графическим интерфейсом пользователя, таких как X Window System. Это позволяет пользователю взаимодействовать с системой при помощи клавиатуры и указателя мыши. Несмотря на то, что большинство дистрибутивов Linux обеспечивают по умолчанию графическую среду, возможно также использование командной строки или альтернативных оконных менеджеров.

Первый этап: включение компьютера

BIOS — это особая программная оболочка, которая находится в постоянной памяти компьютера и управляет процессом загрузки системы. Одной из его главных задач является запуск операционной системы.

При включении компьютера BIOS проверяет наличие жёсткого диска, определяет его размер и порядковый номер, а также проверяет работоспособность других устройств, таких как клавиатура, мышь и монитор.

После успешной проверки оборудования BIOS передаёт управление операционной системе. В случае загрузки Linux, управление передаётся загрузчику, такому как GRUB или LILO.

Загрузчик находится на первом секторе жесткого диска (MBR) и отвечает за загрузку ядра Linux в память компьютера. После этого начинается выполнение ядра, инициализация системы и запуск первого процесса — процесса init.

Процесс init является родителем для всех остальных процессов в системе. Он выполняет множество важных задач, таких как инициализация файловой системы, загрузка драйверов устройств и запуск необходимых сервисов.

На разных дистрибутивах Linux может использоваться различный инструмент для управления процессом загрузки. Например, в Ubuntu используется система Upstart, в Arch Linux — systemd, в Gentoo — openrc, а в Slackware — sysvinit.

Необходимо также отметить, что в зависимости от размера оперативной памяти компьютера загрузка Linux может занимать разное время. Чем больше памяти — тем быстрее будет процесс загрузки.

Включение компьютера	Перед началом загрузки Linux необходимо включить компьютер
BIOS	BIOS инициализирует материнскую плату и проверяет оборудование
Загрузчик	Загрузчик передает управление операционной системе и запускает ядро Linux
Процесс init	Процесс init инициализирует систему и запускает необходимые сервисы
Системные сообщения
Время загрузки	Время загрузки Linux зависит от размера оперативной памяти компьютера

Второй этап: загрузчик

Важным этапом работы загрузчика является выбор устройства, с которого будет происходить загрузка, например, жесткого диска или USB-флешки. Загрузчик должен найти и загрузить ядро операционной системы Linux на этом устройстве.

После загрузки эти специальные загрузочные блоки памяти (initrd или initramfs) монтируются в качестве временного корневого каталога, на это место загружаются дополнительные программы и драйверы. Они позволяют сделать базовые шаги и настроить систему для запуска необходимого им файла /sbin/init. Далее ядро передает управление init – первому процессу, запускающемуся в системе.

Системы init

Завершив инициализацию ядра и загрузку дополнительных программ, ядро передает управление процессу init. Init является как бы главным менеджером и завершает загрузку, а также ждет новые задачи от пользователя или от самой системы.

В Linux существует несколько различных систем инициализации: sysvinit, OpenRC и другие. Какая система инициализации используется, зависит от дистрибутива Linux, которым вы пользуетесь.

Основные задачи, которые должны быть выполнены в этой части процесса загрузки:

• Автоматическое определение и загрузка необходимого оборудования;
• Монтирование различных файловых систем, чтобы они были доступны для работы;
• Запуск практически всех сервисов, которые компьютер может предложить;
• Настройка и инициализация сетевых параметров, в том числе запуск сетевых интерфейсов и настройка IP-адресов. Раньше, например, в программе также выполнялась и настройка интерфейсов и адресов, а в современных версиях Linux init перекладывает все задачи по работе с сетью на отдельную службу;
• Работа с демоном sendmail и адресными книгами для рассылки почты и принятия новых писем;
• На первом же этапе работы init создает все необходимые каталоги и файлы, которые будут использоваться в процессе загрузки системы;
• Последним шагом перед началом работы над задачами, который реализует init, является запуск рабочей программы пользователя, такой как графическая среда или командная строка.

Следует отметить, что в Linux процессы реализованы с использованием принципа наложения. Если программа не интересует ядро, то, в структуре процесса она не выделяет отдельного элемента. Программа просто выполняется, и все ее действия реализуются ядром. То есть процесс в данном случае понятие относительное и все возвращаемые значения ядра возвращаются основной программой пользователя.

Третий этап: ядро

Как мы уже говорили в предыдущих разделах, ядро Linux — это основной компонент операционной системы, отвечающий за управление устройствами компьютера и выполнение пользовательских программ.

Изначально, при загрузке Linux может быть выполнена различными загрузчиками, такими как GRUB или LILO, или программами уровня init, такими как утилита OpenRC в Ubuntu. Несмотря на различия в методах загрузки, в результате Linux загружает ядро, которое будет основой для всех последующих операций и запуска операционной системы.

Возможно, вы интересуетесь, почему мы не можем сразу перейти к первому этапу загрузки и начать с загрузки ядра. Ответ заключается в том, что загрузчик, такой как GRUB или LILO, необходим для загрузки ядра в память компьютера и передачи управления ядру. Он также может быть использован для настройки параметров загрузки и установки копия ядра для выбора при запуске.

Важно отметить, что процесс загрузки ядра может быть оптимизирован для различных условий и требований. Например, операционная система Linux может быть настроена так, чтобы выполнять процессы загрузки параллельно, что ускорит время загрузки системы.

Процесс загрузки Linux

Таким образом, третий этап загрузки Linux — это момент, когда ядро операционной системы загружается в память компьютера и получает управление над устройствами. В этот момент происходит инициализация ядра и его окружения.

Однако, несмотря на то, что загрузка ядра является основной задачей на этом этапе, также можно выполнять другие задачи. Например, на этом этапе инициируется запуск служб и программ, которые могут быть настроены для выполнения в процессе загрузки системы.

Переход к четвертому этапу загрузки операционной системы происхоит после загрузки и инициализации ядра Linux. На следующем этапе инициируется загрузка сервисов и управление ими.

Четвертый этап: запуск пользовательских служб

Первые три этапа загрузки системы были преимущественно ориентированы на запуск основных компонентов операционной системы. Однако, чтобы система стала полноценно функционировать, необходимо запустить и пользовательские службы. На этом этапе происходит включение программ, которые могут быть запущены в фоновом режиме, и которые обеспечивают работу рабочего стола, окружения пользователя и другие функции, связанные с использованием компьютера.

В зависимости от используемого менеджера инициализации (например, sysvinit, openrc или systemd), процесс запуска пользовательских служб может иметь некоторые отличия. Однако, в целом, этот процесс следует примерно одинаковым шагам.

Порядок запуска

В самом начале загрузки, еще до запуска ядра, BIOS или UEFI загружаются и выполняют некоторые контрольные функции и инициализации. Начиная с этой точки, компьютер уже знает о наличии операционной системы и начинает говорить на ее языке.

После этого, BIOS или UEFI передает управление загрузчику. Загрузчик, такой как GRUB или LILO, получает информацию о размере загружаемого ядра и его размещении на материнской плате компьютера. Затем загрузчик загружает ядро Linux в память компьютера и передает ему управление.

Передача управления ядру происходит через средство загрузки операционной системы, которое может быть обычной программой или специализированным оборудованием. Например, в случае с GRUB, он передает указатель на начало ядра и информацию о параметрах загрузки, таких как номера устройств, которые будут использоваться в процессе загрузки.

После успешной загрузки ядра, происходит переход к третьему этапу — инициализации. На этом этапе выполняются основные функции по инициализации системы, такие как настройка устройств и запуск драйверов. Далее, система переходит к выполнению пользовательским службам.

Запуск программ и служб

На этом этапе операционная система начинает запускать программы и службы, необходимые для обеспечения функционирования рабочего стола и окружения пользователя. Каждый менеджер инициализации имеет свой способ запуска программ и служб, но обычно это происходит практически одновременно или в определенном порядке.

Например, при использовании sysvinit в большинстве дистрибутивов Linux, пользовательские службы запускаются из скриптов init, которые обычно находятся в каталоге /etc/init.d/. В этих скриптах указаны команды для запуска программ или служб, а также их зависимости и порядок запуска.

Другие менеджеры инициализации, такие как openrc или systemd, могут использовать другие методы для запуска программ и служб, например, используя конфигурационные файлы или юниты. В любом случае, цель состоит в том, чтобы система была настроена и готова к использованию пользователями по завершении процесса загрузки.

Запуск пользовательских служб является четвертым этапом в процессе загрузки Linux. На этом этапе операционная система начинает загружать и запускать программы и службы, необходимые для обеспечения работоспособности рабочего стола и окружения пользователя. Каждый менеджер инициализации имеет свои способы запуска программ и служб, но общий принцип состоит в том, чтобы система была готова к использованию пользователем по завершении процесса загрузки.

Пятый этап: экранный менеджер и окружение рабочего стола

На пятом этапе загрузочного процесса Linux происходит запуск экранных менеджеров и окружений рабочего стола. В течение этого этапа, каждый пользователь может узнать, находится ли он в системе, выполняющей загрузку, или уже в собственной системе.

Последний этап загрузки Linux отвечает за отображение экрана входа и запуск экранных менеджеров (например, GDM или LightDM) и окружений рабочего стола (например, GNOME, KDE или XFCE). В большинстве случаев загрузочная система сама определяет, какой файл конфигурации использовать, и запускает необходимые программы.

Первые шаги в загрузке Linux включают создание окружения рабочего стола для конечного пользователя. Возможно, будет использоваться установленное по умолчанию окружение, если пользователь не изменял его в настройках.

Для настройки окружения рабочего стола важными файлами являются .xinitrc, .xprofile, .bash_profile и другие файлы. В файле .xinitrc можно указать программы, которые будут выполняться при запуске X-сервера. В файле .xprofile можно указать дополнительные настройки окружения рабочего стола.

При загрузке Linux также выполняются скрипты в директории /etc/rc.d и /etc/rcX.d, где X — порядковый номер уровня загрузки (например, 3 для текстового режима или 5 для графического режима). В этих директориях хранятся скрипты, которые выполняются на каждом уровне загрузки и определяют порядок запуска служб.

В случае использования init-системы sysvinit скрипты запуска служб хранятся в /etc/init.d. В случае использования init-системы OpenRC скрипты запуска служб хранятся в /etc/init.d и /etc/conf.d. В Ubuntu скрипты запуска служб хранятся в /etc/init.d и /etc/init, а настройки служб можно изменить через инструмент Upstart.

В процессе загрузки Linux можно установить различные уровни запуска, которые определяют, какие службы запускаются в каждый момент загрузки. Уровень запуска 0 означает остановку системы, а уровень запуска 6 — перезагрузку системы. Различные уровни запуска могут быть полезны, чтобы выбрать, какие службы должны быть выполнены на каждом уровне загрузки.

Программы-демоны, которые обеспечивают функциональность системы, такие как сеть, звук, диски и другие, также запускаются во время загрузки системы. Эти программы работают в фоновом режиме, не отображаются на экране и выполняют свои задачи без вмешательства пользователя.

В конце этого этапа загрузочной процедуры Linux, система полностью загрузится и пользователь увидит экран входа в своем окружении рабочего стола. Теперь пользователь может взаимодействовать с системой с помощью клавиатуры и мыши, открывать программы и выполнять свои задачи.

Таким образом, пятый этап загрузки Linux отвечает за запуск экранных менеджеров и окружений рабочего стола, а также выполняет необходимые программы и службы для полноценной работы системы.

1. Первые шаги загрузки происходят еще до загрузчика. Они включают проверку железа, инициализацию BIOS и POST.
2. Загрузчик – программа, которая запускается после POST и передает управление операционной системе. В Linux чаще всего используется загрузчик GRUB.
3. Ядро Linux – основная часть операционной системы. Оно загружается загрузчиком и начинает выполнять программы и службы, необходимые для полноценной работы системы.
4. После загрузки ядра Linux, службы запускаются в определенном порядке, учитывая их зависимости друг от друга.
5. В Linux существуют разные системы инициализации, такие как SysVinit, systemd и OpenRC. Каждая из них выполняет управление службами в своем место.
6. Загрузочные шаги загружаются в память и выполняются на материнской плате без использования операционной системы.
7. Загрузочные программы могут быть предварительно определены в таблице разделов диска или заданы пользователем вручную.
8. Важные этапы загрузки Linux включают проверку файловой системы, запуск сетевых интерфейсов и служб, а также инициализацию графического окружения.
9. Для оптимизации загрузки Linux можно настроить различные параметры в конфигурационных файлах загрузчика и служб.

Таким образом, иметь хотя бы общее представление о процессе загрузки операционной системы Linux полезно для практически каждого пользовате

6 шагов загрузки Linux на пальцах

1. Включение и передача управления компьютеру.

При включении компьютера происходит первый этап загрузки Linux. Компьютер получает сигнал о включении, и матьеринская плата передает управление процессору. После этого происходит инициализация различных устройств и переход к следующему этапу.

2. Работа загрузчика.

На этом этапе загрузчик (каким бы это собственно не было) получает управление и загружает ядро операционной системы Linux в память компьютера. Загрузчик может быть различным в зависимости от используемой системы, например, GRUB или LILO.

3. Инициализация системы.
4. Загрузка драйверов устройств.

На этом этапе система загружает драйвера для устройств, таких как клавиатура, мышь, графическая карта и другие. Это позволяет системе общаться с устройствами и использовать их функциональность в процессе загрузки и выполнения задач.

5. Запуск рабочего стола.

Это последний этап загрузки Linux, на котором пользователь получает возможность работать в системе. На этом этапе запускаются все необходимые программы и сервисы, основанные на предпочтениях пользователя.

Загрузка Linux — это сложный процесс, состоящий из нескольких этапов и шагов. Все они выполняются в строгом порядке и зависят от использованного загрузчика и системы. В процессе загрузки могут возникнуть различные ошибки и проблемы, которые требуют от пользователя устранения.

Пятый этап: экранный менеджер и окружение рабочего стола

После того, как загрузка ядра Linux и инициализация системы завершены, наступает время для запуска графического интерфейса и дальнейшей работы в окружении рабочего стола. В этом разделе мы рассмотрим основной этап загрузки, связанный с экранным менеджером и окружением рабочего стола.

Запуск экранных менеджеров

Экранный менеджер (также известный как дисплейный менеджер) является программой, которая управляет запуском окружения рабочего стола и отображением графического интерфейса на экране компьютера. Он также обеспечивает управление пользователями, их вход в систему и выход из нее.

Наиболее распространенными экранными менеджерами в Linux являются GDM (GNOME Display Manager), KDE Display Manager и LightDM. Каждый из них имеет свои особенности, но их основное назначение состоит в том, чтобы быть промежуточным звеном между загрузкой системы и запуском окружения рабочего стола.

Выбор окружения рабочего стола

После загрузки экранный менеджер предложит выбрать окружение рабочего стола. Окружение рабочего стола включает в себя набор программ, оконных менеджеров и панелей, предоставляющих пользовательский интерфейс для работы с системой.

Наиболее популярными окружениями рабочего стола являются GNOME, KDE, Xfce и LXQt. Каждое из них имеет свои особенности и указывает на стиль интерфейса пользователя.

Настройка и запуск окружения рабочего стола

После выбора окружения рабочего стола, система будет загружаться с выбранным окружением. Здесь пользователь может настроить свои предпочтения: выбрать обои для рабочего стола, настроить панели, изменить тему оформления и другие параметры.

Кроме того, окружение рабочего стола предоставляет доступ к различным программам, таким как веб-браузер, почтовый клиент, текстовый редактор и многим другим. Пользователь может запускать программы из меню приложений или иконок на рабочем столе.

Таким образом, пятый этап загрузки Linux включает запуск экранных менеджеров, выбор окружения рабочего стола, настройку и запуск окружения для дальнейшей работы с системой.

Четвертый этап: запуск пользовательских служб

На данный момент мы уже рассмотрели первые три этапа процесса загрузки Linux: загрузчик (boot loader), ядро (kernel) и файловую систему (initramfs). Теперь мы переходим к четвертому этапу, в котором запускаются пользовательские службы.

После того, как файловая система загружена и размещена в оперативной памяти компьютера, происходит переключение из режима initramfs в режим полноценной системы. Этот этап называется инициализацией (init).

В начале четвертого этапа выполняется файл /sbin/init, который запускает все необходимые службы. В системе Linux для управления процессом загрузки обычно используется утилита sysvinit, которая выполняет скрипты инициализации для каждого уровня запуска.

Уровни запуска — это различные состояния системы, в которых определенные пользовательские службы запускаются или останавливаются. Например, уровень запуска 3 предназначен для многопользовательской консольной сессии без графической оболочки, а уровень запуска 5 включает графическую оболочку и другие GUI-приложения.

Перед выполнением скриптов инициализации, файл /sbin/init анализирует файл /etc/inittab, чтобы определить текущий уровень запуска и выполнить соответствующие действия. Также в данном файле определены стандартные действия, которые выполняются при рестарте системы или при завершении работы.

В самом начале процесса загрузки, уровень запуска 0 создает сигнал для остановки системы, а уровень запуска 6 создает сигнал для перезагрузки. В файле /etc/inittab заданы действия, которые выполняются при получении каждого из этих сигналов.

Важно отметить, что порядок запуска служб может зависеть от их взаимосвязей и зависимостей. Например, служба, отвечающая за работу сети, должна быть запущена до службы, которая требует сетевых соединений. Для управления зависимостями между службами используется файл /etc/rc.d/rcN.d, где «N» — это номер уровня запуска.

В этом файле каждая служба имеет свою подпись, которая определяет ее порядковый номер запуска. То есть, чем меньше номер, тем раньше служба запускается. Например, S10network означает, что служба network будет запущена десятой по счету.

По-прежнему, на данном этапе система пока работает только с загрузочных устройств и имеет ограниченный функционал. Но с запуском пользовательских служб это изменяется. Теперь мы имеем возможность выполнять собственные программы и управлять системой через командную строку или графический интерфейс пользователя.

Важные программы, которые загружаются на этом этапе, например, NetworkManager для управления сетевыми соединениями, sshd для удаленного доступа, и другие службы, которые вам могут понадобиться для работы системы.

Итак, на этом этапе процесса загрузки Linux запускаются пользовательские службы, что позволяет системе стать полноценной. Это четвертый и последний шаг, который завершает процесс загрузки и позволяет вам начать использование вашей Linux-системы.

Видео:

Linux ядро для чайников. Процессы и потоки в системе Линукс.

Linux ядро для чайников. Процессы и потоки в системе Линукс. by IT-спец. Денис Курец 16,219 views 8 months ago 14 minutes, 43 seconds