CentOS系統(tǒng)啟動流程你懂否
一、Linux內(nèi)核的組成
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相關(guān)概念：
Linux系統(tǒng)的組成部分：內(nèi)核+根文件系統(tǒng)
內(nèi)核：進程管理、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、驅(qū)動程序。
IPC(Inter-Process Communication進程間通信):就是指多個進程之間相互通信，交換信息的方法。Linux IPC基本上都是從Unix平臺上繼承而來的。主要包括最初的Unix IPC，System V IPC以及基于Socket的IPC。另外，Linux也支持POSIX IPC。
運行中的系統(tǒng)環(huán)境可分為兩層：內(nèi)核空間、用戶空間；
內(nèi)核空間：內(nèi)核代碼（系統(tǒng)調(diào)用）
用戶空間：應(yīng)用程序（進程或線程）
內(nèi)核設(shè)計流派：
單內(nèi)核設(shè)計：把所有的功能集成于同一個程序；（Linux）
微內(nèi)核設(shè)計：每種功能都使用一個單獨的子系統(tǒng)實現(xiàn)；（Windows solarls）
Linux內(nèi)核特點：
（1）支持模塊化：.KO（kernel object）
（2）支持模塊運動時動態(tài)裝載或卸載
組成部分：
核心文件：/boot/Vmliuz-VERSION-release
ramdirk:
CentOS5:/boot/initrd-VERSION-release.img
CentOS6,7:/boot/initramfs-VERSION-release.img
二、CentOS系統(tǒng)啟動流程
總體啟動順序：
POST(加點自檢)-->Boot Sequence(BIOS:基本輸入輸出系統(tǒng))-->Boot Loader(MBR:主引導(dǎo)記錄)-->Kernel(ramdisk)-->rootfs(根文件系統(tǒng))-->switchchroot-->/sbin/init/(/etc/inittab /etc/init/*.conf)-->設(shè)定運行級別-->系統(tǒng)初始化腳本-->關(guān)閉啟動相應(yīng)服務(wù)-->啟動終端
總流程圖：
各流程細化說明：
1、POST加電自檢
主要是檢測硬件設(shè)別是否能正常的運行，然而實現(xiàn)自檢功能主要是由鑲嵌在主板芯片(CMOS)上的BIOS(basic input output system)程序，檢測沒問題之后進行硬件設(shè)備的初始化。
2、Boot Sequence(啟動管理程序):選擇啟動順序加載MBR
Boot Sequence是一個程序，它依賴于某個硬盤硬件，準(zhǔn)確的說是第一個硬盤扇區(qū)的MBR，從而按次序查找各引導(dǎo)設(shè)備。
3、MBR引導(dǎo)，bootloader引導(dǎo)加載器，啟動程序
MBR(Master Boot Record)：此記錄在0磁道1扇區(qū)，總共為512字節(jié)，前446字節(jié)為bootloder，后64字節(jié)為分區(qū)表信息，主分區(qū)加上擴展分區(qū)不能大于四個，最后2個字節(jié)為校驗信息，為55AA。提供一個菜單，允許用戶選擇要啟動的系統(tǒng)或不同的內(nèi)核版本；把用戶選定的內(nèi)核裝載到RAM中的特定空間中，解壓、展開，而后把系統(tǒng)控制權(quán)移交給內(nèi)核。
4、kernel內(nèi)核實現(xiàn)
kernel自身初始化，實現(xiàn)功能，借助ramdisk探測可識別的程序，以自讀方式掛載根文件系統(tǒng)，運行應(yīng)用程序：/sbin/init
5、/sbin/init/管理用戶空間服務(wù)進程
設(shè)定運行級別，進行初始化腳本，關(guān)閉或啟動相應(yīng)的程序，啟動終端。
GRUB（GRand Unified Bootloader）加載內(nèi)核，就是MBR中的前 446 個字節(jié)，是BooTLoader的一種，它的作用是要選擇要啟動的內(nèi)核。
GRUB相關(guān)說明：
演示：
………………………………………………………………………………………………………………………
主要是由device.map，menulst，stage1,stage2,以及一系列的stage1_5組成。
device.map：存放的是內(nèi)核文件的根分區(qū)
menu.lis：為菜單列表，里面為可選擇的菜單列表，存放于stage2中。
stage：用于grub引導(dǎo)程序過大，所以分2段引導(dǎo)，第一段存放在MBR中，第二段存放于內(nèi)核文件系統(tǒng)中，第一段引導(dǎo)完成后可以找到第二段。 但是，第二段是存放于內(nèi)核文件系統(tǒng)中的，此時還沒有格式化文件系統(tǒng)，如何可以訪問到第二段的menu.lst，就需要借助于中間層 stage1_5，有它來協(xié)助 stage1 段來訪問stage2階段。stage1_5通常位于stage1 字段后的 63 個扇區(qū)。 由于stage2 在內(nèi)存中存放可以使用的文件系統(tǒng)不確定，所以這就是有多個stage1_5 的原因。
Grub Legacy：分三階段
stage1：存放在MBR上
stage1_5：存放在MBR之后的扇區(qū)，讓stage1中的bootloader能識別stage2所在的分區(qū)上的文件系統(tǒng)；
stage2：磁盤分區(qū)（/boot/grub/）
引導(dǎo)加載程序先讀取MBR上的gurb第一階段，由于MBR很小只有512字節(jié)采用grub這種方式引導(dǎo)程序，隨后讀取扇區(qū)中的stage1.5階段，讀取1.5階段以后從而就能驅(qū)動第二階段stage2所在的磁盤分區(qū)，stage2是存放在磁盤分區(qū)上的還包括了內(nèi)核文件及ramdisk等都在這個分區(qū)上存放的；這就是為什么通過Bootloader之grub就能夠加載內(nèi)核文件的原因。
注意：當(dāng)前硬件平臺，主板BIOS必須能識別硬盤，然后BIOS才能加載硬盤中的Bootloader，磁盤中的Bootloader自身加載完以后，就能夠識別當(dāng)前主機上的硬盤設(shè)備了。
但硬盤設(shè)備能識別，并不代表硬盤上的文件系統(tǒng)能識別，因為文件系統(tǒng)是額外附加的一層軟件組織的文件結(jié)構(gòu)，所以要能夠?qū)右环N文件系統(tǒng)，必須要用到文件系統(tǒng)驅(qū)動；對應(yīng)的應(yīng)用程序必須能識別和理解這樣的文件系統(tǒng)才可以，這種程序就稱為文件系統(tǒng)驅(qū)動；grub的1.5階段就是給gurb提供了文件系統(tǒng)驅(qū)動的，從而就能夠訪問對應(yīng)的第二階段和內(nèi)核所在的分區(qū)了，這通常是一個基本磁盤分區(qū)；所以grub第二階段以及內(nèi)核和ramdisk文件通常都會放在一個基本磁盤分區(qū)上；因為grub驅(qū)動不了邏輯卷這種高級接口。
stage2一般是掛載至/boot/grub/目錄下；grub也有自己的配置文件：/boot/grub/grub.conf且通常有個符號鏈接文件：/etc/grub.conf；
stage2的功用：
（1）提供菜單或交互式接口；
（2）能加載用戶選擇的內(nèi)核或操作系統(tǒng)；
（3）為菜單通過了保護機制。
/boot/grub/grub.conf配置文件詳解：
[root@centos6 grub]# ll /etc/grub.conf #/etc/grub.conf /boot/grub/grub.conf為連接文件 lrwxrwxrwx. 1 root root 22 8月 11 03:29 /etc/grub.conf -> ../boot/grub/grub.conf [root@centos6 grub]# cat /boot/grub/grub.conf # grub.conf generated by anaconda # # Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file # NOTICE: You have a /boot partition. This means that # all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg. # root (hd0,0) # kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda2 # initrd /initrd-[generic-]version.img #boot=/dev/sda default=0 #設(shè)定默認啟動菜單項，默認為0開始 timeout=5 #指定菜單等待選擇的時長 splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz #指定菜單的背景圖片的路徑，為xpm格式，采用gzip壓縮 hiddenmenu #是否影藏菜單 password [--md5] $1$JO0kw$z.qtBMH.KL4A6qZ7dK4N30 #菜單編輯認證 title CentOS 6 (2.6.32-642.el6.x86_64) #定義菜單項 root (hd0,0) #本次grub查找stage2及其kernel文件所在設(shè)備分區(qū)，指定grub的根 kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 ro root=UUID=240533cf-b37f-4460-974f-702bab867da5 nomodeset rd_NO_LUKS KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_MD crashkernel=auto LANG=zh_CN.UTF-8 rd_NO_LVM rd_NO_DM rhgb quiet #需要啟動的內(nèi)核 initrd /initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img #內(nèi)核匹配的ramfs文件 password [--md5] STRING #啟動內(nèi)核選定的內(nèi)核或操作系統(tǒng)是進行的認證 [root@centos6 grub]#
進入單用戶模式：
1）編輯grub菜單，選定要編輯的title，而后使用e命令
2）在選定的kernel后附加1 ，s 或single
3）在kernel所在的行，鍵入b鍵
演示：
啟動時按e鍵：
上下選擇到kernel后按e編輯輸入1或s、S、single,再次按b鍵重啟
6、根切換
在掛載根文件系統(tǒng)時為了避免內(nèi)核中有bug或操作過程中有bug導(dǎo)致根文件系統(tǒng)被損壞，先只讀掛載根文件系統(tǒng)，加載完成后才讀寫掛載，完成整個掛載根文件系統(tǒng)后，直接去找/sbin/init程序，即開始運行用戶空間的第一個程序。
用戶空間啟動流程
7、/sbin/init程序
init程序主要依賴于配置文件：/etc/inittab，大體分為：設(shè)定默認啟動級別 --> 設(shè)定系統(tǒng)初始化腳本 --> 啟動對應(yīng)級別的服務(wù) --> 打印各終端登錄界面（如果級別為3處理提供文本登錄界面，如果級別為5還提供圖形登錄界面）
8、設(shè)置默認運行級別
（1）運行級別：為了系統(tǒng)的運行或維護等目的而設(shè)定的機制；
0-6：共7個級別；
0：關(guān)機，shutdown
1：單用戶模式（single user），root用戶，無須認證，維護模式；
2：多用戶模式（multi user），會啟動網(wǎng)絡(luò)功能，但不會啟動NFS，維護模式；
3：多用戶模式（multi user），完全功能模式，文本界面；
4：預(yù)留級別：目前無特別使用目的，但習(xí)慣以同3級別功能使用；
5：多用戶模式（multi user），完全功能模式，圖形界面；
6：重啟，reboot
圖示：
讀取配置文件:/etc/inittab
（2）配置文件：/etc/inittab定義了很多功能，每一行定義一種操作（action）以及與之對應(yīng)的process（僅適用于CentOS 5），一行就定義了init要執(zhí)行的任務(wù)，甚至是一堆任務(wù)，每一行的語法格式為： id:runlevels:action:process
id為一個任務(wù)的標(biāo)識符；
runlevels：在哪些運行級別下啟動此任務(wù)；例：3，2345，也可為空表示所有級別；
action：在什么條件下啟動此任務(wù)；
wait：等待切換至此任務(wù)所在的級別時執(zhí)行一次（剛剛切換進來時）；
respawn：一旦此任務(wù)終止時，就自動重啟；（如：登錄終端執(zhí)行l(wèi)ogout登出后會再次啟動）
initdefault：設(shè)定默認允許級別；此時process省略為空；
sysinit：設(shè)定系統(tǒng)初始化方式，此處一般為指定/etc/rc.d/rc.sysinit腳本；（CentOS 5,6都用到此腳本，CentOS 7是靠systemd完成的），在CentOS 6中僅保留此配置文件中設(shè)定啟動運行級別的功能。
process：具體任務(wù)；通常為應(yīng)用程序，或腳本，或二進制的程序，取決于自定義。
演示：
9、系統(tǒng)初始化腳本
系統(tǒng)初始化腳本：/etc/rc.d/rc.sysinit
（1）設(shè)置主機名；
（2）設(shè)置歡迎信息；
（3）激活udev和selinux；
（4）掛載/etc/fstab文件中定義的所有文件系統(tǒng)；
（5）檢測根文件系統(tǒng)，并以讀寫方式重新掛載根文件系統(tǒng)；（重新掛載是指根文件檢測完之后）
（6）設(shè)置系統(tǒng)時鐘；
（7）根據(jù)/etc/sysctl.conf文件來設(shè)置內(nèi)核參數(shù)；
（8）激活lvm即軟raid設(shè)備；
（9）激活swap設(shè)備；
（10）加載額外設(shè)備的驅(qū)動程序；（內(nèi)核加載驅(qū)動只加載根文件系統(tǒng)的）
（11）清理操作；
注意：在init配置文件：/etc/inittab中，有一行內(nèi)容是定義/etc/rc.d/rc.sysinit，此腳本文件是負責(zé)完成系統(tǒng)初始化的腳本文件。
10、關(guān)閉/啟動對應(yīng)級別下的服務(wù)
腳本文件/etc/rc.d/rc作用為當(dāng)級別切換時啟動或停止服務(wù)；此腳本接受傳遞的參數(shù)給腳本中$runlevel變量，然后，讀取/etc/rc$runlevel.d/K*和/etc/rc$runlevel.d/S*所有文件，這些文件就是為什么開機啟動后，有些服務(wù)會自動啟動，有些服務(wù)沒有啟動的原因。
K*：要停止的服務(wù)，K##*，優(yōu)先級，數(shù)字越小，越優(yōu)先關(guān)閉，依賴的服務(wù)先關(guān)閉，然后再關(guān)閉被依賴的。
S*：要啟動的服務(wù)，S##*，優(yōu)先級，數(shù)字越小，越是優(yōu)先啟動，被依賴的服務(wù)先啟動，而依賴的服務(wù)后啟動。
/etc/rc.d/init.d目錄還有個鏈接目錄為/etc/init.d目錄，這兩目錄下文件相同。
如上訴定義將會啟動3級別下的以S打頭的進程：
圖示：
11、啟動終端（圖形終端）
操作系統(tǒng)啟動完成
三、系統(tǒng)啟動流程總結(jié)。
內(nèi)核級別：
1.POST做開機啟動時候的硬件檢測功能
2.BootSequence(BIOS)啟動加載主引導(dǎo)分區(qū)MBR中的引導(dǎo)加載器程序BootLoader
在LInux現(xiàn)行的BootLoader是三段劃分(打破446字節(jié)限制)的GRUB程序，
第1段寫在BootLoader中
第1.5段在其后扇區(qū)用于文件系統(tǒng)的引導(dǎo)
第2段在boot/grub中提供內(nèi)部接口和調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核kernel
3.Kernel識別硬件、加載驅(qū)動、只讀掛載根文件系統(tǒng)、同時交付給用戶空間第一個程序/sbin/init
此處特別要注意，系統(tǒng)發(fā)行商為了適應(yīng)多種硬件接口驅(qū)動調(diào)用，會在第一次安裝系統(tǒng)時候，自動識別硬件接口，并調(diào)用唯一驅(qū)動程序來生成ramdisk文件，以內(nèi)存當(dāng)磁盤做虛根，驅(qū)動接口后會切換到真實的根文件系統(tǒng)上
CentOS 5系列是initrd，當(dāng)磁盤映像文件會造成二次緩存緩沖
CentOS 6/7系列改進為initramfs，以文件系統(tǒng)形式可以不二次占用緩存和緩沖
用戶空間級別
4./sbin/init接管后更具其配置文件來初始化
5.根據(jù)/sbin/init中的配置會設(shè)置默認運行級別，以及一些在/etc/init.d/設(shè)置的開機服務(wù)
6./etc/rc.d/rc.sysinit運行系統(tǒng)初始化腳本，完成系統(tǒng)初始化
7.關(guān)閉對應(yīng)級別下需要停止的服務(wù)，啟動對應(yīng)級別下需要開啟的服務(wù)
8.設(shè)置登錄終端
本文出自小耳朵綜合總結(jié)，如有相識之處可留言小耳朵管理員:)
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