按下電源鍵到登入提示符，Linux 經歷五大關鍵階段。理解啟動流程是排查開機故障、客製化啟動、安全加固的前提。

五大階段總覽

1. BIOS/UEFI POST：硬體自檢、選擇啟動裝置
2. MBR/GPT + Bootloader：載入 GRUB (Stage 1/1.5/2)
3. GRUB 選單與核心載入：選擇核心、載入 initramfs、傳遞參數
4. 核心初始化：硬體偵測、驅動載入、掛載根檔案系統、啟動 init
5. 用戶空間初始化：systemd 接管、並行啟動服務、進入目標單元

階段一：BIOS/UEFI POST (Power-On Self Test)

• 檢測 CPU、記憶體、磁碟、顯示卡、鍵盤等
• 依 CMOS 設定順序尋找可啟動裝置 (USB、光碟、硬碟、PXE)
• UEFI：讀取 ESP 分區 (FAT32) 的 EFI/BOOT/BOOTX64.EFI 或發佈商目錄

階段二：MBR/GPT 與 Bootloader

階段三：GRUB 核心載入

# /boot/grub2/grub.cfg (由 grub2-mkconfig 產生)
menuentry 'CentOS Linux' {
    load_video
    set gfxpayload=keep
    insmod gzio
    insmod part_gpt
    insmod ext2
    set root='hd0,gpt2'
    search --no-floppy --fs-uuid --set=root UUID-xxxx
    linux   /vmlinuz-4.18.0 root=/dev/mapper/cl-root ro crashkernel=auto resume=/dev/mapper/cl-swap rd.lvm.lv=cl/root rd.lvm.lv=cl/swap rhgb quiet
    initrd  /initramfs-4.18.0.img
}

• linux 行：指定核心檔案、根裝置、核心參數
• initrd：初始 RAM 檔案系統，含啟動必需驅動 (LVM、RAID、加密、檔案系統)
• GRUB 將核心 + initramfs 載入記憶體，跳轉至核心入口

階段四：核心初始化 (Kernel Init)

1. 硬體偵測：CPU、記憶體、PCI/USB 裝置、區塊裝置
2. 解壓縮核心：自解壓 (vmlinuz → 記憶體)
3. 載入核心模組：initramfs 中的驅動 (scsi_mod, ext4, dm-mod...)
4. 初始化虛擬檔案系統：procfs, sysfs, devtmpfs, tmpfs
5. 掛載真實根檔案系統：switch_root 切換至真實 /
6. 啟動第一個用戶空間進程：/sbin/init (systemd, PID 1)

階段五：systemd 用戶空間初始化

# systemd 目標單元依賴鏈
default.target → graphical.target / multi-user.target
  └─ basic.target
      ├─ sysinit.target (核心級服務: journald, udev, tmpfiles, swap, fsck)
      │   └─ local-fs.target (掛載 /etc/fstab 定義的本地檔案系統)
      └─ sockets.target, timers.target, paths.target

# 關鍵腳本 (相容 SysV)
/etc/rc.d/rc.sysinit  →  /etc/rc.d/rc 

關鍵檔案與目錄

路徑	用途
/boot/grub2/grub.cfg	GRUB 選單配置 (勿手動編輯)
/etc/default/grub	GRUB 參數來源 (修改後執行 grub2-mkconfig)
/etc/fstab	檔案系統掛載表
/etc/sysconfig/kernel	核心安裝更新策略
/usr/lib/systemd/system/	系統服務單元檔
/etc/systemd/system/	管理員覆蓋/自訂單元

常見故障排查入口

• GRUB 救援模式：grub> set root=(hd0,1) grub> linux /vmlinuz... root=/dev/sda2 grub> initrd /initramfs... grub> boot
• 核心參數除錯：GRUB 編輯模式 (e) 加 systemd.log_level=debug rd.break init=/bin/bash
• systemd 分析：systemd-analyze blame systemd-analyze critical-chain
• 啟動日誌：journalctl -b journalctl -b -1 (上次啟動)

掌握五階段流程，開機故障不再無從下手，客製化啟動、安全加固、效能優化皆有據可依。