Linux內核（內核模塊）的加載過程（超詳細）

2024-08-27 23:56:30

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

GRUB 加載了內核之后，內核首先會再進行二次系統的自檢，而不一定使用 BIOS 檢測的硬件信息。這時內核終于開始替代 BIOS 接管 linux 的啟動過程了。

內核完成再次系統自檢之后，開始采用動態的方式加載每個硬件的模塊，這個動態模塊大家可以想象成硬件的驅動（默認 Linux 硬件的驅動是不需要手工安裝的，如果是重要的功能，則會直接編譯到內核當中；如果是非重要的功能，比如硬件驅動會編譯為模塊，則在需要時由內核調用。不過，如果沒有被內核硬件，要想驅動，就需要手工安裝個硬件的硬塊了。具體的安裝方法會在后續章節中介紹）。

那么，Linux 的內核到底放在了哪里呢？當然是 /boot 的啟動目錄中了，我們來看看這個目錄下的內容吧。

[root@localhost ~]#ls /boot/
config-2.6.32-279.el6.i686
#內核的配置文件，內核編譯時選擇的功能與模塊
efi
#可擴展固件接口，為英特爾為全新PC固件的體系結構、接口和服務提出的建議標準
grub
#啟動引導程GTUB的數據目錄
initramfe-2.6.32-279.el6.i686.img
#虛擬文件系統（CentOS 6.x 中用initramfs替代了initrd,但功能是一樣的）
lost+found
故boot分區的備份目錄
symvers-2_6.32-279.el6.i686.gz
#模塊符號信息
System.map-2.6.32-279.el6.i686
#內核功能和內存地址的對應列表
vmlinuz-2.6.32-279.el6.i686
#用于啟動的Linux內核。這個文件是一個壓縮的內核鏡像

我們已經知道，Linux 會把不重要的功能編譯成內核模塊，在需要時再調用，從而保證了內核不會過大。在多數 Linux 中，都會把硬件的驅動程序編譯為模塊，這些模塊保存在 /lib/modules 目錄中。常見的 USB、SATA 和 SCSI 等硬盤設備的驅動，還有一些特殊的文件系統（如 LVM、RAID 等）的驅動，都是以模塊的方式來保存的。

如果 Linux 安裝在 IDE 硬盤之上，并且采用的是默認的 ext3/4 文件系統，那么內核啟動后加載根分區和模塊的加載都沒有什么問題，系統會順利啟動。但是，如果 Linux 安裝在 SCSI 硬盤之上，或者采用的是 LVM 文件系統，那么內核（內核載入內存是啟動引導程序 GRUB 調用的，并不存在硬盤驅動不識別的問題）在加載根目錄之前是需要加載 SCSI 硬盤或 LVM 文件系統的驅動的。

SCSI 硬盤和 LVM 文件系統的驅動都放在硬盤的 /lib/modules 目錄中，既然內核沒有辦法識別 SCSI 硬盤或 LVM 文件系統，那怎么可能讀取 /lib/modules 目錄中的驅動呢？Linux 給出的解決辦法是使用 initramfs 這個虛擬文件系統來處理這個問題。

initramfe虛擬文件系統

CentOS 6.x 中使用 initramfs 虛擬文件系統取代了 CentOS 5.x 中的 initrd RAM Disk。它們的作用類似，可以通過啟動引導程序加載到內存中，然后會解壓縮并在內存中仿真成一個根目錄，并且這個仿真的文件系統能夠提供一個可執行程序，通過該程序來加載啟動過程中所需的內核模塊，比如 USB、SATA. SCSI 硬盤的驅動和 LVM、RAID 文件系統的驅動。

也就是說，通過 initramfs 虛擬文件系統在內存中模擬出一個根目錄，然后在這個模擬根目錄中加載 SCSI 等硬件的驅動，就可以加載真正的根目錄了，之后才能調用 Linux 的第一個進程 /sbin/init。

Initramfs 虛擬文件系統主要有以下優點：

initramfs 隨著其中數據的増減自動増減容量。
在 initramfs 和頁面緩存之間沒有重復數據。
initramfs 重復利用了 Linux caching 的代碼，因此幾乎沒有増加內核尺寸，而 caching 的代碼已經經過良好測試，所以 initramfs 的代碼質量也有保證。
不需要額外的文件系統驅動。

其實大家只需要知道 initramfs 是為了在內核中建立一個模擬根目錄，這個模擬根目錄是為了可以調用 USB、SATA、SCSI、LVM、RAID 等硬盤接口或文件系統的驅動模塊，加載了驅動模塊后才可以加載真正的系統根目錄。我們可以通過示意圖 1 來表示這個過程。

圖 1 內核啟動流程
那么既然 initramfs 是一個仿真根目錄，那么我們是否可以看看這個仿真根目錄中到底是什么樣子的呢？當然可以，命令如下：

[root@localhost ~]# mkdir /tmp/initramfs
#建立測試目錄
[root@localhost ~]# cp/boot/
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img/tmp/initramfs/
#復制initramfs文件
[root@localhost ~]# cd /tmp/initramfs/
[root@localhost initramfs]# file
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
initramfe-2.6.32-279.el6.i686.img:gzip compressed
data,from Unix,last modified:
Wed Apr 10 21:49:34 2013, max compression
#查看文件類型，發現這個文件是一個使用gzip命令打包的壓縮包
[root@localhost initramfs]# mv initramfs-2.6.32-279.el6.i686.imginitramfs-2.6.32-279.el6.i686.img.gz
#修改文件的擴展名為.gz
[root@localhost initramfs]# gunzip
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img.gz
#解壓縮
[root@localhost initramfs]# ls
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
[root@localhost initramfs]# file
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
initramfe-2.6.32-279.el6.i686.img: ASCII cpio archive (SVR4withnoCRC)
#查看文件類型，使用cpio命令的壓縮文件
[root@localhost initramfs]# cpio -ivcdu <initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
#解壓縮
[root@localhost initramfs]#ll
總用量34512
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4月 2412:10 bin
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 cmdline
drwxr-xr-x. 3 root root 4096 4月 24 12:10 dev
-rw-r--r--. 1 root root 19 4 月 24 12:10 dracut-004-283.el6
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 emergency
drwxr-xr-x. 7 root root 4096 4月 24 12:10 etc
-rwxr-xr-x. 1 root root 8962 4月 24 12:10 init
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 initqueue
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 initqueue-finished
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 initqueue-settled
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10
initqueue-timeout
-rw-r--r--. 1 root root 35235328 4 月 24 12:09 initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
drwxr-xr-x. 9 root root 4096 4月 2412:10 lib
…省略部分輸出…
#這就是initramfs虛擬文件系統中的內容，和根目錄是不是很像