Linux 启动流程详解：从开机到登录的完整过程¶

前言¶

按下电源键到出现登录提示符，这几十秒内发生了什么？理解启动流程不只是满足好奇心——当系统「卡住不动」时，知道它在哪一步卡住了，你才能在正确的位置按正确的键进入修复模式。

本文拆解从固件到登录的六个阶段，每一步都给出关键命令和排障入口。

启动流程全景¶

flowchart TD
    A[BIOS/UEFI] -->|POST 自检 → 加载引导程序| B[GRUB2]
    B -->|选择内核 → 加载 initramfs| C[内核启动]
    C -->|初始化硬件 → 挂载根文件系统| D[initramfs]
    D -->|切换根 → 启动 PID 1| E[systemd]
    E -->|并行启动服务 → 达到 target| F[登录提示]

    style A fill:#fce7f3,stroke:#db2777
    style B fill:#fef3c7,stroke:#d97706
    style C fill:#d1fae5,stroke:#059669
    style D fill:#dbeafe,stroke:#2563eb
    style E fill:#e0e7ff,stroke:#4f46e5
    style F fill:#d1fae5,stroke:#059669

阶段一：BIOS/UEFI 固件¶

	Legacy BIOS	UEFI
分区表	MBR	GPT
引导程序位置	磁盘第一个扇区（446 字节）	ESP 分区（`/boot/efi`）
引导程序格式	裸二进制	`.efi` 可执行文件
安全启动	不支持	Secure Boot
多系统支持	困难	原生支持

# 查看当前是 BIOS 还是 UEFI
ls /sys/firmware/efi        # 目录存在 → UEFI，不存在 → BIOS

# 查看 ESP 分区
lsblk -f | grep -i vfat

阶段二：GRUB2 引导程序¶

GRUB2 配置文件¶

文件	作用
`/etc/default/grub`	用户可编辑的配置（内核参数、超时、默认启动项）
`/boot/grub/grub.cfg`	自动生成的最终配置（不要手动编辑）
`/etc/grub.d/`	生成 `grub.cfg` 的脚本片段

# 修改配置后，必须重新生成 grub.cfg
sudo grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg    # BIOS
sudo grub-mkconfig -o /boot/efi/EFI/<distro>/grub.cfg  # UEFI

常用 GRUB 配置¶

# /etc/default/grub

GRUB_TIMEOUT=5                    # 引导菜单等待秒数
GRUB_CMDLINE_LINUX="quiet splash" # 内核启动参数
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT=""     # 默认内核参数

临时修改内核参数（排障用）¶

在 GRUB 菜单按 e 编辑启动项：

# 常见临时参数：
single          → 单用户模式（救援）
init=/bin/bash  → 直接进 root shell（无需密码）
systemd.unit=emergency.target → systemd 紧急模式

阶段三：内核加载与 initramfs¶

内核做了什么？¶

解压自己
初始化 CPU、内存、中断
加载内置驱动
挂载 initramfs（临时根文件系统）
执行 /init（initramfs 中的第一个程序）

initramfs 是什么？¶

initramfs 是一个临时的小型根文件系统，包含：

必要的内核模块（磁盘驱动、文件系统驱动）
设备检测工具（udev）
磁盘解密工具（LUKS）
挂载真正根文件系统所需的一切

需要 initramfs 的典型场景

根文件系统在 LVM 上 → initramfs 加载 LVM 模块并激活 VG
根文件系统加密（LUKS） → initramfs 提示输入密码
根文件系统在 RAID 上 → initramfs 加载 RAID 驱动
根文件系统在 NVMe 上 → initramfs 加载 NVMe 驱动

# 查看当前内核的 initramfs
ls -lh /boot/initrd.img-*

# 重新生成 initramfs
sudo update-initramfs -u -k all           # Debian/Ubuntu
sudo dracut --force                       # RHEL/Rocky

# 查看 initramfs 内容
lsinitramfs /boot/initrd.img-$(uname -r) | head -30

阶段四：systemd 启动¶

内核将控制权交给 /sbin/init（指向 systemd，PID=1）：

# 查看启动耗时
systemd-analyze

# 查看每个服务的启动时间（找慢的）
systemd-analyze blame | head -15

# 查看启动关键链
systemd-analyze critical-chain

# 生成启动 SVG 图
systemd-analyze plot > boot.svg

启动到达的 Target¶

# 查看当前 target
systemctl get-default

# 常见 target
multi-user.target      # 命令行多用户（服务器默认）
graphical.target       # 图形界面
rescue.target          # 单用户救援
emergency.target       # 紧急模式（最小化）

救援与紧急模式¶

单用户/救援模式¶

在 GRUB 菜单按 e，在 linux 行末尾加 single 或 systemd.unit=rescue.target：

# 进入后可以：
passwd root               # 重置 root 密码
fsck -f /dev/sda1         # 检查文件系统
mount -o remount,rw /     # 重新挂载为读写

紧急模式¶

如果根文件系统挂载失败，systemd 会自动进入 emergency.target。或手动添加 systemd.unit=emergency.target 内核参数。

启动排障¶

卡在 GRUB 提示符¶

grub>

说明 GRUB 找不到 grub.cfg 或内核文件：

# 手动引导
grub> ls                          # 列出磁盘和分区
grub> set root=(hd0,msdos1)       # 设根分区
grub> linux /vmlinuz root=/dev/sda1
grub> initrd /initrd.img
grub> boot

进入系统后重建 GRUB：

sudo grub-install /dev/sda
sudo grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg

卡在 initramfs 阶段¶

通常是磁盘驱动或 LUKS/LVM 问题：

# initramfs 提示符下
blkid                    # 查看可用设备
lvm vgchange -ay         # 激活 LVM
cryptsetup luksOpen ...  # 解锁 LUKS
exit                     # 继续启动

总结¶

Linux 启动六个阶段，排障按顺序定位：

BIOS/UEFI：硬件自检，找引导设备
GRUB2：/etc/default/grub + grub-mkconfig 生成配置
内核 + initramfs：加载驱动、解密磁盘、挂载根
systemd：systemd-analyze blame 找慢服务
Target 到达：multi-user 或 graphical
登录：getty + login

排障关键字：GRUB按 e、内核参数 single/emergency、systemd-analyze、update-initramfs。🚀