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10.3.5 启动Linux系统
每个平台的细节都有不同，但是整体来说，下面的步骤代表了启动的过程。当计算机启动时，BIOS加电自检（POST），并对硬件进行检测和初始化，这是因为操作系统的启动过程可能会依赖于磁盘访问、屏幕、键盘等。接下来，启动磁盘的第一个扇区，即主引导记录（MBR），被读入到一个固定的内存区域并且执行。这个分区中含有一个很小的程序（只有512字节），这个程序从启动设备中，通常是IDE或SCSI磁盘，调入一个名为boot的独立程序。boot程序将自身复制到高地址的内存当中从而为操作系统释放低地址的内存。
复制完成后，boot程序读取启动设备的根目录。为了达到这个目的，boot程序必须能够理解文件系统和目录格式，这个工作通常由引导程序，如GRUB（多系统启动管理器），来完成。其他流行的引导程序，如Intel的LILO，不依赖于任何特定的文件系统。相反，他们需要一个块映射图和低层地址，他们描述了物理扇区、磁头和磁道，可以帮助找到相应的需要被加载的扇区。
然后，boot程序读入操作系统内核，并把控制交给内核。从这里开始，boot程序完成了它的任务，系统内核开始运行。
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内核的开始代码是用汇编语言写成的，具有较高的机器依赖性。主要的工作包括创建内核堆栈、识别CPU类型、计算可用内存、禁用中断、启用内存管理单元，最后调用C语言写成的main函数开始执行操作系统的主要部分。
C语言代码也有相当多的初始化工作要做，但是这些工作更逻辑化（而不是物理化）。C语言代码开始的时候会分配一个消息缓冲区来帮助调试启动出现的问题。随着初始化工作的进行，信息被写入消息缓冲区，这些信息与当前正在发生的事件相关，所以，如果出现启动失败的情况，这些信息可以通过一个特殊的诊断程序调出来。我们可以把它当作是操作系统的“飞行信息记录器”（即空难发生后，侦查员寻找的黑盒子）。
接下来，内核数据结构得到分配。大部分内核数据结构的大小是固定的，但是一少部分，如页面缓存和特殊的页表结构，依赖于可用内存的大小。
从这里开始，系统进行自动配置。使用描述何种设备可能存在配置文件，系统开始探测哪些设备是确实存在的。如果一个被探测的设备给出了响应，这个设备就会被加入到已连接设备表中。如果它没有响应，就假设它未连接或直接忽略掉它。不同于传统的UNIX版本，Linux系统的设备驱动程序不需要静态链接，它们可以被动态加载（就像所有的MS-DOS和Windows版本一样）。
关于支持和反对动态加载驱动程序的争论非常有趣，值得简要地阐述一下。动态加载的主要论点是同样的二进制文件可以分发给具有不同系统配置的用户，这个二进制文件可以自动加载它所需要的驱动程序，甚至可以通过网络加载。反对动态加载的主要论点是安全。如果你正在一个安全的环境中运行计算机，比如说银行的数据库系统或者公司的网络服务器，你肯定不希望其他人向内核中插入随机代码。系统管理员可以在一个安全的机器上保存系统的源文件和目标文件，在这台机器上完成系统的编译链接，然后通过局域网把内核的二进制文件分发给其他的机器。如果驱动程序不能被动态加载，这就阻止了那些知道超级用户密码的计算机使用者或其他人向系统内核注入恶意或漏洞代码。而且，在大的站点中，系统编译链接的时候硬件配置都是已知的。需要重新链接系统的变化非常罕见，即使是在系统中添加一个硬件设备也不是问题。
一旦所有的硬件都配置好了，接下来要做的事情就是细心地手动运行进程0，建立它的堆栈，运行它。进程0继续进行初始化，做如下的工作：配置实时时钟，挂载根文件系统，创建init进程（进程1）和页面守护进程（进程2）。
init进程检测它的标志以确定它应该为单用户还是多用户服务。前一种情况，它调用fork函数创建一个shell进程，并且等待这个进程结束。后一种情况，它调用fork函数创建一个运行系统初始化shell脚本（即/etc/rc）的进程，这个进程可以进行文件系统一致性检测、挂载附加文件系统、开启守护进程等。然后这个进程从/etc/ttys中读取数据，其中/etc/ttys列出了所有的终端和它们的属性。对于每一个启用的终端，这个进程调用fork函数创建一个自身的副本，进行内部处理并运行一个名为getty的程序。
getty程序设置行速率以及其他的行属性（比如，有一些可能是调制解调器），然后在终端的屏幕上输出：
login:
等待用户从键盘键入用户名。当有人坐在终端前，提供了一个用户名后，getty程序就结束了，登录程序/bin/login开始运行。login程序要求输入密码，给密码加密，并与保存在密码文件/etc/passwd中的加密密码进行对比。如果是正确的，login程序以用户shell程序替换自身，等待第一个命令。如果是不正确的，login程序要求输入另一个用户名。这种机制如图10-11所示，该系统具有三个终端。
在图中，0号终端上运行的getty程序仍然在等待用户输入。1号终端上，用户已经键入了登录名，所以getty程序已经用login程序替换掉自身，目前正在等待用户输入密码。2号终端上，用户已经成功登录，shell程序显示提示符（%）。然后用户输入
cp f1 f2
shell程序将调用fork函数创建一个子进程，并使这个子进程运行cp程序。然后shell程序被阻塞，等待子进程结束，子进程结束之后，shell程序会显示新的提示符并且读取键盘输入。如果2号终端的用户不是键入了cp命令而是cc命令，C语言编译器的主程序就会被启动，这将生成更多的子进程来运行不同的编译过程。
