linux启动流程

一、Linux系统的组成部分

1、kernel

（1）内核：

进程管理、内存管理、网络协议栈、文件系统、驱动程序、安全功能

 

（2）组成部分：

核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release ：

VERSION内核版本号；release：本地版本号，发行版

内核官方站点：https://www.kernel.org/

 

（3）ramdisk：

用于系统初始化内存某空间当磁盘用，识别为临时根文件系统，启动系统时借助于它将真正的根挂载上来，挂载真正根之后临时根会让位，

CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img

CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img

模块文件：/lib/modules/VERSION-release

 

（4）内核设计流派：

单内核设计：把所有功能集成于同一个程序；

Linux

微内核设计：每种功能使用一个单独的子系统实现；

Windows, Solaris

 

（5）Linux内核特点：

支持模块化：  .ko (kernel object)

支持模块运行时动态装载或卸载；

 

2、Linux启动流程（内核空间---用户空间）

（1）内核空间

 POST --> BootSequence(BIOS) --> BootLoader（MBR）--> Kernel（ramdisk）--> rootfs（readonly）--> /sbin/init ()

 

（2）用户空间

/sbin/init（/etc/inittab） --> { id:#:initdefault: --> si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit --> l#:#:wait:/etc/rc.d/rc # --> /etc/rc.d/rc#.d/[1、开始S开头的服务；2、结束K开头的服务]}-->/etc/rc.d/rc.local

 /sbin/init (/etc/inittab) -->设置默认运行级别 --> 运行系统初始化脚本，完成系统初始化 --> 关闭对应级别下需要停止的服务，启动对应级别下需要开启的服务--> 设置登录终端 [--> 启动图形终端]

 

3、内核空间启动步骤

（1）POST加电自检

当按主机电源键，计算机主板通电，并完成已下操作：

加载Bios中的ROM中的程序，来检测各种硬件设备

ROM：CMOS

BIOS：Basic Input and Output System

ROM+RAM

 

（2）BootSequence

按bootsequence的启动列表，查找MBR或UEFI的活动设备。

 

（3）Bootloader

找到MBR后查找引导加载器（bootloader程序）,读取mbr中的bootloader,加载boootloader中的grub程序

bootloader：引导加载器，程序；

 

bootloader类型：

Windows：

ntloader

Linux：

LILO：LIinux  LOader

GRUB：Grand Uniform Bootloader

        GRUB 0.X：Grub Legacy

        GRUB 1.X：Grub2

 

MBR：Master Boot Record

512bytes：

446bytes：bootloader ；引导加载程序（446字节太小了）

64bytes：fat ；文件系统分区表

2bytes：55AA ；4个16进制数据55AA表示有效，其他表示无效

注意：MBR能识别基本的硬盘设备，但不能识别高级的文件系统，如lvm , raid等

 

Grub的工作原理

stage1: 加载mbr中的所有分区信息

stage1.5: mbr之后的扇区，让stage1中的bootloader能识别stage2所在的文件分区上的文件系统

stage2: 磁盘分区之上（/boot/grub/）

 

（4）kernel（ramdisk）

探测可识别到的所有硬件设备；

加载硬件驱动程序；（有可能会借助于ramdisk加载驱动）

 

ramdisk：

Linux内核的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问；

ramdisk --> ramfs

 

CentOS 5: initrd

工具程序：mkinitrd

CentOS 6,7: initramfs

工具程序：dracut, mkinitrd

 

（5）挂载rootfs

以只读方式挂载根文件系统

 

（6）初始化init进程

运行进程ID为1的Init进程，利用init启动流程完成用户空间的启动步骤

 

init程序的类型：

CentOS 5-：SysV init

配置文件：/etc/inittab

 

CentOS 6：Upstart

配置文件：/etc/inittab

/etc/init/*.conf

 

CentOS 7：Systemd

配置文件：/usr/lib/systemd/system/, /etc/systemd/system/

 

4、用户空间启动步骤

SysVinit进程的初始化

配置文件：/etc/inittab

每行定义一种action以及与之对应的process

id:runlevels:action:process

id：一个任务的标识符；

runlevels：在哪些级别启动此任务；#，###，也可以为空，表示所有级别；

action：在什么条件下启动此任务；

process：任务；

 

action：

wait：等待切换至此任务所在的级别时执行一次；

respawn：一旦此任务终止，就自动重新启动之；

initdefault：设定默认运行级别；此时，process省略；

sysinit：设定系统初始化方式，此处一般为指定/etc/rc.d/rc.sysinit脚本；

 

（1）设置默认的运行级别

id:#initdefault:

例如：

id:3:initdefault:       设定默认运行级别是3

 

运行级别：为了系统的运行或维护等目的而设定的机制；

0-6：7个级别；

0：关机, shutdown

1：单用户模式(single user)，root用户，无须认证；维护模式；

2、多用户模式(multi user)，会启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式；

3、多用户模式(mutli user)，完全功能模式；文本界面；

4、预留级别：目前无特别使用目的，但习惯以同3级别功能使用；

5、多用户模式(multi user)， 完全功能模式，图形界面；

6、重启，reboot

 

默认级别：3, 5

 

级别切换：init #

 

级别查看：

who -r

runlevel

 

（2）运行系统初始化脚本，完成系统初始化

• si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit    设定系统初始化方式

加载运行/etc/rc.d/rc.sysinit文件

 

系统初始化脚本：/etc/rc.d/rc.sysinit

(1) 设置主机名；

(2) 设置欢迎信息；

(3) 激活udev和selinux；

(4) 挂载/etc/fstab文件中定义的所有文件系统；

(5) 检测根文件系统，并以读写方式重新挂载根文件系统；

(6) 设置系统时钟；

(7) 根据/etc/sysctl.conf文件来设置内核参数；

(8) 激活lvm及软raid设备；

(9) 激活swap设备；

(10) 加载额外设备的驱动程序；

(11) 清理操作；

 

（3）关闭对应级别下需要停止的服务，启动对应级别下需要开启的服务

• l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0 ---> /etc/rc.d/rcX.d/* 对应系统运行级别，开启或关闭系统各服务，如下：

停止K*的服务

启动S*开头的服务

以上服务都由chkconfig命令管理，并由service命令调用执行停止或关闭操作。

 

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc  0              在开机时候将rd0 K开头的stop；S开头start

l1:1:wait:/etc/rc.d/rc  1

…………

l6:6:wait:/etc/rc.d/rc  6

 

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc  3

意味着去启动或关闭/etc/rc.d/rc3.d/目录下的服务脚本所控制服务；

K*：要停止的服务；K##*，优先级，数字越小，越是优先关闭；依赖的服务先关闭，而后关闭被依赖的；

S*：要启动的服务；S##*，优先级，数字越小，越是优先启动；被依赖的服务先启动，而依赖的服务后启动；

 

rc脚本：接受一个运行级别数字为参数；0-6

脚本框架：

for  srv  in  /etc/rc.d/rc#.d/K*; do

$srv  stop

done

 

for  srv  in  /etc/rc.d/rc#.d/S*; do

$srv  start

done

 

/etc/init.d/* (/etc/rc.d/init.d/*)脚本执行方式：

# /etc/init.d/SRV_SCRIPT  {start|stop|restart|status} 脚本启动服务

# service  SRV_SCRIPT   {start|stop|restart|status}

 

chkconfig命令：管控/etc/init.d/每个服务脚本在各级别下的启动或关闭状态；

 

查看：chkconfig  --list   [name]

 

添加：chkconfig  --add  name

 

能被添加的服务的脚本定义格式之一：

#!/bin/bash

#

# chkconfig: LLL  NN NN

# description: 

 

删除：chkconfig  --del  name

修改指定的链接类型：

chkconfig  [--level  LEVELS]  name 

--level LEVELS：指定要控制的级别；默认为2345；

注意：正常级别下，最后启动的一个服务S99local没有链接至/etc/init.d下的某脚本，而是链接至了/etc/rc.d/rc.local （/etc/rc.local）脚本；因此，不便或不需写为服务脚本的程序期望能开机自动运行时，直接放置于此脚本文件中即可。

 

（4）设置登录终端 [--> 启动图形终端]

tty1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1

... ...

tty6:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty6        

启动登录窗口，并打印欢迎界面
其是mingetty调用login程序，完成密码验证过程

（1）mingetty会调用login程序；

（2）打开虚拟终端的程序除了mingetty之外，还有诸如getty等；

 

（5）加载/etc/rc.d/rc.local文件

此文件是系统最后启动的一个文件，可以将不需要写在服务维护脚本的命令放置在这里，它将会随系统一起启动完成。