探索 Linux 系统的启动过程是每一个 Linux 用户进步到一定程度后必然要去做的一件事。有的人可能只是好奇，也有的人可能确实需要从启动过程中去解决某一个特定的问题。这种探索我进行过多次，也早就想写一写，但是总是写不好。这一次是借着 systemd 普及的东风，让这个探索过程成为我这一系列的压轴之作。为什么说是借着 systemd 普及的东风呢？因为听说本月即将发布的 Ubuntu 15.04 版本将会从 upstart 更换为 systemd，目前正在紧张地测试中。当然，一下子迁移过来对开发人员来讲还是有点难度的，但是只要确定目标，即使 Ubuntu 15.04 不使用 systemd，到 15.10 也肯定是它了。因此，对于我这个喜欢折腾多个 Linux 发行版的人来说，就不用多线作战了，只需要学好 systemd 即可。
Linux启动过程概述这里先简单列一下 Linux 操作系统启动的全过程：
按下电脑的电源键后，电脑通电，BIOS启动；
BIOS读取硬盘的MBR，运行启动扇区中的代码，旧系统往往需要自己写启动扇区，而新系统基本上由专用的启动软件接管了，在 Linux 世界中，目前都是用的 Grub2。由于启动扇区空间太小，放不下太复杂的代码逻辑，所以 Grub2 也使用了多阶段启动的策略；
Grub2 负责将操作系统内核加载到内存，如果有必要，也会把 initramfs 文件加载到内存，然后将控制权交给内核；
内核进行初始化，内核的初始化过程结束后，就会把控制权交给/init程序，从此进入用户空间；
因为内核先是将 initramfs 文件挂在为根文件系统，所以刚开始运行的/init程序其实是 initramfs 文件中的，所以该文件需要的重要的初始化脚本、内核模块、配置文件等，都位于 initramfs 文件中，这也是为什么很多时候我们修改了某些配置文件后，需要先更新 initramfs 文件再重启操作系统才会生效；
initramfs 文件中的/init程序负责挂载硬盘上的文件系统，然后再把根文件系统切换到硬盘上的根分区，再运行/sbin/init程序，这时所有程序、配置文件、脚本都是使用的硬盘上的了，当然，网络文件系统也是同理。可以看出 init 程序的运行也是一个分阶段的过程；
/sbin/init程序负责系统的初始化、各种服务的运行、用户的登陆等等；
如果需要运行图形界面，则/sbin/init程序会运行 Display Manager，在 Fedora 中是 gdm，在 Ubuntu 中是 lightdm。然后 Display Manager 负责启动整个图形界面。
Grub加载Linux内核和initramfs研究 Linux 启动过程的第一站就是要研究 Grub。大部分时候我们不用考虑 Grub 的安装，因为安装 Linux 桌面系统的时候已经帮我们自动安装好了，我们要做的，最多就是改改 Grub 的配置文件。只有在一种情况下需要手动安装 Grub，那就是在系统崩溃后急救的时候，当然，需要先运行一个光盘版或 U 盘版的 Linux 系统，然后运行grub-install命令，这个命令需要指定将 Grub 安装到那个硬盘的 MBR，具体操作看文档即可。
Grub2 和 Grub 相比，有了很多改进，改进到 Grub2 都相当于一个小型的操作系统了，比如 Grub2 能识别各种格式的硬盘分区及文件系统，能识别各种格式的图像，甚至还能动态加载模块。其中最重要的改变是配置文件由 Grub1 时代的/boot/menu.lst文件变成 Grub2 时代的/boot/grub/grub.cfg文件了（注意，有的系统中是/boot/grub2/grub.cfg，比如 Fedora），配置文件的语法也变复杂了很多。虽然 Grub2 配置文件的语法比较复杂，但是我们一般不需要直接修改该文件，而是修改/etc/default/grub文件后，再使用update-grub命令自动生成配置文件。当然，要完成一些简单任务时对/boot/grub/grub.cfg文件进行直接修改也是可以的，只是一旦系统更新，则对该文件的修改有可能被覆盖。
Grub 最重要的任务就是加载 Linux 内核以及 initramfs 文件了，这几个命令是非常简单易懂的，在/boot/grub/grub.cfg文件中也非常容易找到，如下图：
上图主要是展示 Grub 载入 Linux 内核并且给 Linux 内核传递参数的过程，同时展示载入 initramfs 文件的过程。
探索initramfs文件的方法Grub 将 Linux 内核和 initramfs 文件载入内存后，就把控制权交给内核，内核会将内存中的 initramfs 文件挂载为根文件系统，当内核初始化完成后需要进入用户空间时，会运行/init，其实这个/init是在 initramfs 文件中的，所以如果想知道系统启动后都干了些什么，研究一下 initramfs 文件中的内容是有必要的。