从零构建 Linux|01 启动流程总览

系列第 1 篇｜先建立「从上电到应用跑起来」的完整图景适合：写过 C、但未必做过系统移植的读者

在开始用 Yocto「制作」一套 Linux 之前，我们先弄清一件事：按下电源键之后，到你能打开一个程序为止，机器里大致发生了什么。

为什么要先讲这个？因为所谓「自定义 Linux 系统镜像」，并不是魔法，而是在这条启动链条上，替换或裁剪某些环节——最常见的是裁剪 rootfs（根文件系统）以及里面的应用程序。你若不清楚链条长什么样，后面改配置时就会不知道自己在改哪一环。

两个容易混淆的概念

人们常说「Linux 启动」，其实至少包含两层意思。建议一开始就分开记。

启动阶段：系统由哪几块「材料」组成

这里问的是静态结构，好比问一辆车有发动机、变速箱、轮子。对 Linux 来说，最核心的三块是：

1. Bootloader（引导加载程序）
2. Kernel（内核）
3. Rootfs（根文件系统）

它们是「零件清单」：少了哪一块，系统都撑不起来。

启动流程：上电后控制权按什么顺序交接

这里问的是时间顺序，好比问：先打火、再挂挡、再起步。可以写成：

上电 → 引导程序 → 内核 → 根文件系统→ init → 服务 → 应用程序

英文里常写作：

power on → bootloader → linux kernel→ rootfs → init → services → application

一句话区分：阶段回答「有哪些角色」；流程回答「谁先上场、谁后上场」。

启动阶段：三块积木分别干什么

Bootloader（引导加载程序）

电脑刚上电时，CPU 还不知道 Linux 在哪里。主板上的固件（firmware，可以理解为出厂时固化的一小段程序）会先跑起来，然后通常把控制权交给 Bootloader。

Bootloader 的工作可以想象成：

1. 把硬件带到一个「勉强能干活」的状态（比如能访问内存、能读硬盘）；
2. 从存储介质上找到内核映像文件（一个很大的二进制文件）；
3. 把它读进内存合适的位置；
4. 告诉内核一些启动参数（例如根文件系统在哪个分区）；
5. 跳转到内核入口，把 CPU 交给内核。

常见名字：GRUB、UEFI、U-Boot、Little Kernel。细节见系列第 2 篇。本系列后面动手验证含两条线：QEMU 虚机快速跑通，以及 PC 上的 UEFI + GRUB 双系统。

Kernel（Linux 内核）

内核是操作系统的「核心引擎」。它不是给你点图标用的桌面，而是负责：

1. 管理 CPU 时间（进程调度）
2. 管理内存
3. 通过驱动程序（driver）操作硬盘、网卡、键盘等硬件
4. 提供文件系统、网络等基础能力

内核自己初始化告一段落后，还要做一件对后续至关重要的事：把根文件系统挂载上来，并启动用户空间的第一个进程，通常叫 init。详见系列第 3 篇。

Rootfs（根文件系统）

Rootfs 是 Root File System 的缩写，中文常叫「根文件系统」。

你可以把它理解成：内核挂载成功之后，你在 shell 里看到的那个以 / 开头的整个目录树。/bin、/etc、/usr、/home 里的命令、配置文件、动态库、应用程序，大多都住在 rootfs 里。

没有 rootfs，内核即使跑起来了，也几乎没有「用户能用的程序」可执行。详见系列第 4 篇。

启动流程：用文字把时序走一遍

下面按时间顺序，把整条链走一遍：

1. Power on（上电）你按下电源键。CPU 复位，开始执行固件入口代码。对写过单片机的人来说，这很像上电后跑 Reset_Handler：还没有操作系统，只有最早的那一点代码在执行。

2. Bootloader（引导加载程序）固件找到并启动 Bootloader（在 PC 上常常是 UEFI 再加载 GRUB）。Bootloader 把 Linux 内核读进内存，准备好参数，然后跳转。

3. Linux kernel（内核）内核接管 CPU，做一系列内部初始化，加载必要驱动，让硬盘、控制台等关键设备可用。

4. Rootfs（根文件系统）内核按照启动参数（例如 root=）找到存放根文件系统的分区或设备，把它挂载为 /。从此，磁盘上的目录树对系统「可见」了。

5. init（一号进程）内核在 rootfs 里启动第一个用户空间程序，进程号为 1，习惯上叫 init。可以把它理解成用户空间的「总指挥」：后面绝大多数进程都由它直接或间接拉起来。

6. Services（服务）init 会按策略启动一批后台服务：网络、日志、登录界面相关组件等。传统方式用脚本（常称 initrc / SysV init 风格）；现代发行版多用 systemd 及其 unit 配置文件。

7. Application（应用程序）到这一步，你才能登录、打开终端、运行自己的业务程序——也就是我们平时说的「系统已经起来了」。

完整时序再看一眼：

power on  → bootloader  → linux kernel  → rootfs  → init  → services (initrc / systemd)  → application

交接关系可以记成：

上电  └→ Bootloader（加载内核并跳转）        └→ 内核（挂载根文件系统）              └→ init（PID 1）                    └→ 服务                          └→ 应用程序

每一步对照（方便背下来）

两条典型现实路径

同样的骨架，在 PC 和嵌入式板上「演员」不同：

细节可以差很多，但「先引导、再内核、再根文件系统、再 init」这条骨架是通的。本系列后面动手验证：先 QEMU，再按 PC 路径做真机双系统。

和后续文章怎么衔接

1. 第 2～4 篇：分别把 bootloader、kernel、rootfs / init / services 讲透一点。
2. 第 5 篇：假设系统已经能登录，讲解如何用包管理器安装应用。
3. 第 6～11 篇：用 Yocto 自己生成这条链所需的镜像，并在 x86_64 Windows PC 上用 U 盘做成双系统跑通。

读完本篇，你至少应该能不看资料写出：

power on → bootloader → linux kernel→ rootfs → init → services → application

并说出 bootloader、kernel、rootfs 各自解决什么问题。

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