開機流程全景圖

通電 → BIOS/UEFI POST → 啟動順序 → 啟動載入器 (GRUB2) → 核心載入 → initramfs → 根檔案系統掛載 → init (PID 1) → 服務啟動 → 登入提示

階段一：韌體初始化 (BIOS vs UEFI)

階段二：GRUB 2 多階段載入

1. stage1 (boot.img)：MBR/ESP 446 bytes，唯一任務載入 core.img
2. core.img：含檔案系統驅動 (ext2/xfs/btrfs/zfs)、LVM/RAID/加密模組，讀取 /boot/grub/grub.cfg
3. grub.cfg：菜單配置，由 grub2-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg 根據 /etc/default/grub、/etc/grub.d/ 腳本生成
4. 選單選擇核心 → 載入 vmlinuz + initramfs → 傳遞核心參數 (root=UUID=... ro quiet)

階段三：核心初始化

• 解壓核心映像 (自解壓頭部)
• 硬體偵測：CPU、記憶體、PCI/USB/磁碟/網卡，輸出 dmesg 訊息
• 初始化子系統：記憶體管理、程序調度、VFS、驅動模型
• 載入 initramfs (initrd) 至記憶體，掛載為暫時根檔案系統
• initramfs 任務：載入根裝置驅動 (SCSI/NVMe/RAID/LVM/加密)、解密 LUKS、組裝 RAID、啟用 LVM、掛載真實根檔案系統 switch_root

階段四：init 系統 (PID 1)

Systemd (現代標準)

• 並行啟動、Socket/D-Bus 激活、依賴追蹤、Cgroups 資源控制、日誌整合 (journald)
• 目標單元：default.target (通常 graphical.target 或 multi-user.target)
• 關鍵單元：systemd-udevd、systemd-journald、sysinit.target、basic.target

SysVinit (傳統)

• /etc/inittab 定義 runlevel (0-6)
• /etc/rc.d/rcN.d/S##name 啟動腳本、K##name 停止腳本
• 串行啟動、無依賴追蹤、難以並行

關機/重啟流程：優雅收尾的藝術

Systemd 關機序列

1. systemctl poweroff/reboot/halt 觸發
2. 發送 SIGTERM 給所有進程 (預設 90 秒)
3. 超時後發送 SIGKILL 強制終止
4. 停止所有服務單元 (反向依賴順序)
5. 卸載所有檔案系統 (唯讀重掛載根分區)
6. 關閉 swap、RAID、LVM、加密映射
7. 同步磁碟快取 sync
8. ACPI 關機 / 重啟指令

關鍵指令

shutdown -h now           # 立即關機
shutdown -r +10 "維護"     # 10 分鐘後重啟，廣播
shutdown -c               # 取消排程
systemctl poweroff        # 等同 shutdown -h now
systemctl reboot
systemctl halt            # 停止 CPU 但不斷電 (需手動斷電)
telinit 0 / telinit 6     # SysVinit 相容

緊急情況

• Magic SysRq：Alt+SysRq+R E I S U B (Raw, tErminIt, kIll, Sync, Unmount, reBoot) — 核心仍響應時的最後手段
• 長按電源鍵 5 秒強制斷電 — 最後手段，檔案系統可能損壞

常見開機故障排查

結語

理解開機鏈路每一環，才能在災難發生時從容恢復。現代 Linux 以 systemd 統一服務管理、以 UEFI+Secure Boot 強化啟動信任鏈、以 initramfs 模組化適配多樣硬體。掌握 dmesg、journalctl、grub2-mkconfig、dracut、systemctl 五大工具，掌握系統生命週期的主導權。