理解 Linux 開機流程是系統管理、故障排除與嵌入式移植的基礎。本文不涉及核心內部初始化細節，專注於從硬體通電到出現 login: 提示符的完整用戶空間可見流程，對比 Red Hat (SysV init) 與 Slackware (BSD 風格) 兩大主流啟動腳本體系。

第一階段：BIOS → MBR → Bootloader

1. POST (Power-On Self Test)：BIOS 檢測 CPU、記憶體、顯卡、磁碟等硬體。
2. 啟動順序：依 BIOS 設定 (HDD/USB/CDROM/網路) 讀取第一磁區 (MBR, 512 bytes)。
3. MBR 內容：446 bytes 啟動代碼 + 64 bytes 分區表 (4 條目) + 2 bytes 簽名 (0xAA55)。
4. Bootloader 階段：
   • LILO：階段 1 (MBR/啟動扇區) → 階段 2 (/boot/boot.b) → 載入核心 vmlinuz + initrd。
   • GRUB Legacy (0.97)：Stage 1 (MBR) → Stage 1.5 (檔案系統驅動, 如 e2fs_stage1_5) → Stage 2 (/boot/grub/stage2) → 選單/命令列 → 載入核心 + initrd。
   • GRUB 2 (1.98+)：core.img (含模組) → /boot/grub/grub.cfg 選單 → 模組化載入核心。

關鍵限制：BIOS INT 13h 僅能存取前 1024 柱面 (約 8.4 GB)，因此 /boot 分區 (含核心、initrd、grub) **必須位於此範圍內**，否則無法啟動。現代 UEFI + GPT 無此限制。

第二階段：核心初始化 → init 進程

1. 核心解壓 (bzImage → startup_32/64) → start_kernel() 初始化子系統 (參見《讀核日記一》)。
2. rest_init() 建立兩個核心執行緒：kernel_init (PID 1 祖先) 與 kthreadd (所有核心執行緒父進程)。
3. kernel_init → kernel_init_freeable() → run_init_process("/sbin/init") (或 /etc/init, /bin/init, /bin/sh)。
4. 若無 init 程式 → Kernel Panic ("No init found")。

第三階段：SysV init (Red Hat / CentOS / Fedora / Debian 等)

1. /etc/inittab 核心配置

格式：id:runlevels:action:process

action	行為
initdefault	預設運行級別 (如 id:3:initdefault:)
sysinit	系統啟動第一個腳本 (si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit)
wait	進入指定 runlevel 執行一次並等待結束 (l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3)
once	進入 runlevel 執行一次不等待
respawn	進程結束自動重啟 (getty, xdm)
ctrlaltdel	Ctrl+Alt+Del 觸發命令 (ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now)
powerfail/powerwait	UPS 電源故障/恢復處理

2. Red Hat 執行順序

1. /etc/rc.d/rc.sysinit (sysinit) — 系統級一次性初始化：
   鍵盤/字型、啟用 swap、主機名、NIS 域名、fsck 檢查並掛載檔案系統、啟用 quota、載入聲卡模組、設定系統時鐘 (hwclock)。
2. /etc/rc.d/rc $RUNLEVEL (wait) — 運行級別腳本：
   執行 /etc/rc.d/rc$RUNLEVEL.d/ 目錄下腳本：
   K* (Kill) → stop 參數，按編號遞增 (停止上一級別服務)。
   S* (Start) → start 參數，按編號遞增 (啟動本級別服務)。
   編號規則：S10network < S55sshd < S99local。
3. /etc/rc.d/rc.local — 所有初始化完成前最後執行，適合用戶自訂命令。
4. /sbin/mingetty tty[1-6] (respawn) — 虛擬終端登入提示符。

第四階段：Slackware BSD 風格啟動

• /etc/rc.d/rc.S (sysinit) — 系統初始化 (掛載、fsck、網路、syslog、inetd...)。
• /etc/rc.d/rc.K — 單用戶模式 (runlevel 1) 腳本。
• /etc/rc.d/rc.M — 多用戶模式 (runlevel 2/3/4/5) 主腳本，依序呼叫：
  /etc/rc.d/rc.modules (載入模組)、/etc/rc.d/rc.inet1 (網路)、/etc/rc.d/rc.inet2 (網路服務)、/etc/rc.d/rc.local。
• /etc/rc.d/rc.0 — 關機腳本。
• /etc/rc.d/rc.4 — 圖形登入 (xdm/gdm/kdm) 啟動腳本。

Slackware 無 /etc/rc.d/rc*.d/ 目錄，所有邏輯集中於少數大腳本，風格簡潔、透明，適合學習啟動邏輯。

第五階段：登入與 Shell

1. mingetty / agetty / getty 開啟終端、顯示 login:。
2. 輸入帳號 → login 程式驗證 (PAM) → 成功 → 設定環境 (HOME, SHELL, PATH, MAIL...) → 執行 /bin/bash (或 zsh, fish)。
3. Shell 讀取 /etc/profile → ~/.bash_profile → ~/.bashrc → 顯示 PS1 提示符。

第六階段：現代 systemd 啟動流程 (補充)

RHEL 7+/CentOS 7+/Fedora 15+/Debian 8+/Ubuntu 15.04+ 採用 systemd：

1. 核心啟動 /usr/lib/systemd/systemd (PID 1)。
2. 解析 default.target (通常符號連結至 graphical.target 或 multi-user.target)。
3. 並行啟動單元 : .service, .target, .mount, .socket, .timer...。
4. systemd-getty-generator 動態產生 getty@tty1.service 等。
5. systemd-user-sessions.service 允許用戶登入。

關鍵指令：systemctl list-dependencies, systemd-analyze blame, systemd-analyze critical-chain。

總結對照表

階段	Red Hat (SysV)	Slackware (BSD)	Modern (systemd)
Bootloader	GRUB/LILO	LILO/GRUB	GRUB2/UEFI
核心初始化	start_kernel → rest_init	同	同
PID 1	/sbin/init (SysV)	/sbin/init (BSD)	/usr/lib/systemd/systemd
系統初始化	/etc/rc.d/rc.sysinit	/etc/rc.d/rc.S	sysinit.target + generators
服務啟動	/etc/rc.d/rcN.d/S*	/etc/rc.d/rc.M	*.service 平行啟動
用戶自訂	/etc/rc.d/rc.local	/etc/rc.d/rc.local	/etc/rc.local (兼容) / *.service
登入管理	mingetty (inittab respawn)	getty (inittab respawn)	getty@.service + display-manager.service

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