一文了解虚拟机Linux系统的几大组件

本文概述了Linux系统的几大组件，描述了这些组件之间的关系。文章解释了术语，并描述看似很基础的细节。

每个Linux系统都有许多主要组件。其中一个组件（引导加载程序）从技术上讲是Linux之外的，常常不被谈论。其余组件都是共同打造整个Linux系统的所有软件元素。这些组件是：

引导加载程序

内核

根文件系统

服务

应用程序/程序

引导加载程序

计算机通电、执行一些初始设置后，它会加载引导加载程序到内存中并运行该代码。引导加载程序的主要工作是找到操作系统的二进制程序，将该二进制程序加载到内存中，然后运行操作系统。本文指Linux内核。

引导加载程序此时已完成，内存中的所有代码和数据通常都被操作系统覆盖。引导加载程序不会再次运行，直到计算机再次重置或重启。

嵌入式系统中的引导加载程序不同于典型的笔记本电脑、台式机或服务器计算机。典型的PC通常先加载进入到所谓的BIOS，然后运行Grub这个引导加载程序。嵌入式Linux系统使用Das-UBoot或U-Boot来进行引导。

内核

一旦引导加载程序将Linux内核加载到内存中并运行，内核将开始运行其启动代码。该启动代码将初始化硬件、初始化系统关键数据结构、初始化调度程序、初始化所有硬件驱动程序、初始化文件系统驱动程序、挂载第一个文件系统，并启动第一个程序等。

Linux内核的主要工作是启动应用程序，并为这些应用程序（或Linux中通常所称的程序）之间提供协调。Linux内核不知道应该运行的所有程序。因此，Linux内核仅启动一个程序，并让该程序启动所需的所有其他程序。这第一个程序名为init程序，有时简称“ init”。注意，这第一个程序不需要放在名为“ init”的文件中，但常常放在该文件中。

如果内核找不到init程序，内核的用途不复存在，因而崩溃。

用于嵌入式系统的Linux内核的主要区别在于，它是为了在不同的CPU架构上运行而构建的。否则，内核的运行方式与典型的PC相一致，这是其优点之一。

文件系统

在Linux中，内核将程序分别加载到内存中，内核要求这些程序存储在组织成文件和目录的某种介质上。文件和目录的这种组织称为文件系统。与许多操作系统一样，Linux拥有介质上的文件系统（数据实际存储在存储介质上）和文件系统驱动程序——代码知道如何在解释和更新介质上的文件系统数据。

在Linux中，该介质常常是硬盘。然而，嵌入式系统常常没有硬盘，因此介质可能是其他硬件设备，比如SD卡、闪存甚至内存。

与Windows不同，Linux文件系统与目录而不是与驱动器号相关联。文件系统可以与任何目录相关联，甚至可以与路径中下几层的目录相关联。将文件系统与目录相关联的这个过程名为“挂载”。Linux先从一个名为/（斜杠）的空目录开始。在Linux启动期间，最顶层的文件系统与该目录相关联（即挂载到该目录），该文件系统的所有内容都显示在/下。这个最顶层的文件系统名为根文件系统。

Linux系统要求以某种方式部署根文件系统。因此，该文件系统很特殊，不能只是某种随机组合的目录和文件。bin和sbin等更多目录来自这个地方。

此处的要点是Linux寻找驻留在文件系统中的这第一个程序（即init程序）。需要事先创建根文件系统，然后将其挂载到“/”，之后内核才能启动init程序。

由于嵌入式系统有不同的硬件限制，因此Linux嵌入式系统常常使用特殊的文件系统格式，而不是台式机或便携式计算机上使用的典型的EXT3、EXT4、btrfs或xfs。

服务

内核寻找、加载并运行init程序时，该程序随后负责启动系统的其余部分。这时，内核不再处于活动状态，而是继续协调这项任务：在所有运行中的程序之间共享硬件。

有许多不同的init程序可用。无论选择哪个init程序，该程序都会启动系统发挥用途的所有必需的服务和应用程序。这套服务包括设置网络、挂载额外文件系统和创建图形环境等。

在Linux下，服务只是在后台运行的程序。传统上，Linux人士将这些服务称为守护程序，不过如今我很少看到这个术语。

应用程序/程序

init程序还负责启动常规程序。这些程序确实与用户交互。嵌入式系统常常只有几个用户程序，有时就只有一个。在嵌入式系统中，这组程序使设备能够执行应该做的事情，例如显示地图和航点、收听麦克风或显示录制电视节目的列表，用途无限。

摘要

因此总之，嵌入式计算机启动时，Linux系统将执行以下步骤：

跳入到引导加载程序

跳入到内核

挂载根文件系统

加载并运行init

加载并运行后台服务（或守护程序）

加载并运行应用程序

这每一个步骤都调用系统中所需的组件。