一文了解虛擬機Linux系統(tǒng)的幾大組件

本文概述了Linux系統(tǒng)的幾大組件，描述了這些組件之間的關(guān)系。文章解釋了術(shù)語，并描述看似很基礎(chǔ)的細節(jié)。

每個Linux系統(tǒng)都有許多主要組件。其中一個組件（引導加載程序）從技術(shù)上講是Linux之外的，常常不被談論。其余組件都是共同打造整個Linux系統(tǒng)的所有軟件元素。這些組件是：

引導加載程序

內(nèi)核

根文件系統(tǒng)

服務

應用程序/程序

引導加載程序

計算機通電、執(zhí)行一些初始設(shè)置后，它會加載引導加載程序到內(nèi)存中并運行該代碼。引導加載程序的主要工作是找到操作系統(tǒng)的二進制程序，將該二進制程序加載到內(nèi)存中，然后運行操作系統(tǒng)。本文指Linux內(nèi)核。

引導加載程序此時已完成，內(nèi)存中的所有代碼和數(shù)據(jù)通常都被操作系統(tǒng)覆蓋。引導加載程序不會再次運行，直到計算機再次重置或重啟。

嵌入式系統(tǒng)中的引導加載程序不同于典型的筆記本電腦、臺式機或服務器計算機。典型的PC通常先加載進入到所謂的BIOS，然后運行Grub這個引導加載程序。嵌入式Linux系統(tǒng)使用Das-UBoot或U-Boot來進行引導。

內(nèi)核

一旦引導加載程序?qū)inux內(nèi)核加載到內(nèi)存中并運行，內(nèi)核將開始運行其啟動代碼。該啟動代碼將初始化硬件、初始化系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、初始化調(diào)度程序、初始化所有硬件驅(qū)動程序、初始化文件系統(tǒng)驅(qū)動程序、掛載第一個文件系統(tǒng)，并啟動第一個程序等。

Linux內(nèi)核的主要工作是啟動應用程序，并為這些應用程序（或Linux中通常所稱的程序）之間提供協(xié)調(diào)。Linux內(nèi)核不知道應該運行的所有程序。因此，Linux內(nèi)核僅啟動一個程序，并讓該程序啟動所需的所有其他程序。這第一個程序名為init程序，有時簡稱“ init”。注意，這第一個程序不需要放在名為“ init”的文件中，但常常放在該文件中。

如果內(nèi)核找不到init程序，內(nèi)核的用途不復存在，因而崩潰。

用于嵌入式系統(tǒng)的Linux內(nèi)核的主要區(qū)別在于，它是為了在不同的CPU架構(gòu)上運行而構(gòu)建的。否則，內(nèi)核的運行方式與典型的PC相一致，這是其優(yōu)點之一。

文件系統(tǒng)

在Linux中，內(nèi)核將程序分別加載到內(nèi)存中，內(nèi)核要求這些程序存儲在組織成文件和目錄的某種介質(zhì)上。文件和目錄的這種組織稱為文件系統(tǒng)。與許多操作系統(tǒng)一樣，Linux擁有介質(zhì)上的文件系統(tǒng)（數(shù)據(jù)實際存儲在存儲介質(zhì)上）和文件系統(tǒng)驅(qū)動程序——代碼知道如何在解釋和更新介質(zhì)上的文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

在Linux中，該介質(zhì)常常是硬盤。然而，嵌入式系統(tǒng)常常沒有硬盤，因此介質(zhì)可能是其他硬件設(shè)備，比如SD卡、閃存甚至內(nèi)存。

與Windows不同，Linux文件系統(tǒng)與目錄而不是與驅(qū)動器號相關(guān)聯(lián)。文件系統(tǒng)可以與任何目錄相關(guān)聯(lián)，甚至可以與路徑中下幾層的目錄相關(guān)聯(lián)。將文件系統(tǒng)與目錄相關(guān)聯(lián)的這個過程名為“掛載”。Linux先從一個名為/（斜杠）的空目錄開始。在Linux啟動期間，最頂層的文件系統(tǒng)與該目錄相關(guān)聯(lián)（即掛載到該目錄），該文件系統(tǒng)的所有內(nèi)容都顯示在/下。這個最頂層的文件系統(tǒng)名為根文件系統(tǒng)。

Linux系統(tǒng)要求以某種方式部署根文件系統(tǒng)。因此，該文件系統(tǒng)很特殊，不能只是某種隨機組合的目錄和文件。bin和sbin等更多目錄來自這個地方。

此處的要點是Linux尋找駐留在文件系統(tǒng)中的這第一個程序（即init程序）。需要事先創(chuàng)建根文件系統(tǒng)，然后將其掛載到“/”，之后內(nèi)核才能啟動init程序。

由于嵌入式系統(tǒng)有不同的硬件限制，因此Linux嵌入式系統(tǒng)常常使用特殊的文件系統(tǒng)格式，而不是臺式機或便攜式計算機上使用的典型的EXT3、EXT4、btrfs或xfs。

服務

內(nèi)核尋找、加載并運行init程序時，該程序隨后負責啟動系統(tǒng)的其余部分。這時，內(nèi)核不再處于活動狀態(tài)，而是繼續(xù)協(xié)調(diào)這項任務：在所有運行中的程序之間共享硬件。

有許多不同的init程序可用。無論選擇哪個init程序，該程序都會啟動系統(tǒng)發(fā)揮用途的所有必需的服務和應用程序。這套服務包括設(shè)置網(wǎng)絡(luò)、掛載額外文件系統(tǒng)和創(chuàng)建圖形環(huán)境等。

在Linux下，服務只是在后臺運行的程序。傳統(tǒng)上，Linux人士將這些服務稱為守護程序，不過如今我很少看到這個術(shù)語。

應用程序/程序

init程序還負責啟動常規(guī)程序。這些程序確實與用戶交互。嵌入式系統(tǒng)常常只有幾個用戶程序，有時就只有一個。在嵌入式系統(tǒng)中，這組程序使設(shè)備能夠執(zhí)行應該做的事情，例如顯示地圖和航點、收聽麥克風或顯示錄制電視節(jié)目的列表，用途無限。

摘要

因此總之，嵌入式計算機啟動時，Linux系統(tǒng)將執(zhí)行以下步驟：

跳入到引導加載程序

跳入到內(nèi)核

掛載根文件系統(tǒng)

加載并運行init

加載并運行后臺服務（或守護程序）

加載并運行應用程序

這每一個步驟都調(diào)用系統(tǒng)中所需的組件。