第七周《简述linux操作系统启动流程》

一、简述linux操作系统启动流程

linux启动流程图

启动第一步－－加载BIOS

当你打开计算机电源，计算机会首先加载BIOS信息，BIOS信息是如此的重要，以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。开机时将ROM中的指令映射到RAM的低地址空间,CPU读取到这些指令,硬件的健康状况进行检查,按照BIOS中设置的启动设备来启动。

启动第二步－－读取MBR

硬盘上第0磁道第一个扇区被称为MBR，也就是Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是512字节，其中前446字节为主引导记录,后64字节为分区表信息,最后2个字节为对应的校验。系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后，就会将其复制到0×7c00地址所在的物理内存中。被复制到物理内存的内容就是Boot Loader，那就是lilo或者grub了。

启动第三步－－Boot Loader

Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。bootloader供一个菜单，允许用户选择要启动的系统或不同的内核版本； 把用户选定的内核装载到RAM中的特定空间中，解压、展开，而后把系统控制权移交给内核。Boot Loader有若干种，其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的。

启动第四步－－加载内核

根据Grub设定的内核映像所在路径,系统读取内存映像来解压缩内核,同时还会加载内核所需的驱动程序文件,从而对内核进行挂载以及驱动根文件系统。
initrd(Initial RAM Disk)，它在stage2这个步骤就被拷贝到了内存中，这个文件是在安装系统时产生的，是一个临时的根文件系统(rootfs)。因为Kernel为了精简，只保留了最基本的模块，因此，Kernel上并没有各种硬件的驱动程序，也就无法识rootfs所在的设备，故产生了initrd这个文件，该文件装载了必要的驱动模块，当Kernel启动时，可以从initrd文件中装载驱动模块，直到挂载真正的rootfs，然后将initrd从内存中移除。
Kernel会以只读方式挂载根文件系统，当根文件系统被挂载后，开始装载第一个进程(用户空间的进程)，执行/sbin/init，之后就将控制权交接给了init程序。

启动第五步－－用户层init依据inittab文件来设定运行等级

内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，该文件会读取/etc/inittab文件，并依据此文件来进行初始化工作。其实/etc/inittab文件最主要的作用就是设定Linux的运行等级，其设定形式是“：id:5:initdefault:”，这就表明Linux需要运行在等级5上。

运行级别	对应说明
0	关机,shutdown
1	单用户模式,root用户,无须认证,一般是维护模式
2	不带NFS网络服务的多用户多任务模式,一般也是维护模式
3	多用户多任务的完全功能模式,文本行界面
4	预留模式
5	多用户多任务的完全功能模式,图形界面
6	重启,reboot

启动第六步－－init进程执行rc.sysinit

在设定了运行等级后，Linux系统执行的第一个用户层文件就是/etc/rc.d/rc.sysinit脚本程序，它做的工作非常多，包括设定PATH、设定网络配置（/etc/sysconfig/network）、启动swap分区、设定/proc等等。

启动第七步－－启动内核模块，执行不同运行级别的脚本程序

具体是依据/etc/modules.conf文件或/etc/modules.d目录下的文件来装载内核模块。根据运行级别的不同，系统会运行rc0.d到rc6.d中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。

启动第八步－－执行/etc/rc.d/rc.local

/etc/rc.d/rc.local是给用户自定义启动时需要执行的文件。

启动第九步－－启动mingetty，进入系统登陆界面

执行/bin/login程序，等待用户登录

二、简述grub启动引导程序配置及命令行接口详解

grub legacy整个运行大体分3个运行阶段：

• 第一阶段是安装在mbr中的
• 第二阶段为stage1.5阶段，存放在mbr之后的扇区中，主要作用是让stage1中的bootloader能识别第三阶段（stage2）所在分区上的文件系统；
• 第三阶段才是真正的stage2，这才提供菜单和编辑时能够看到的界面，叫stage2是存放在磁盘分区上的，一般是挂载至/boot/grub/目录下；grub也有自己的配置文件：/boot/grub/grub.conf且通常有个符号链接文件：/etc/grub.conf

[root@wujunjie6 ~]# 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=1
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title CentOS (4.9.128-1.-el7)
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-4.9.128-1.-el7 ro root=UUID=ab5ee55b-421f-4a95-a6f7-42430dbf631f rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
initrd /initramfs-4.9.128-1.-el7.img
title CentOS 6 (2.6.32-696.el6.x86_64)

相关参数	解释说明
default	设定默认启动的菜单项;菜单项(title)编号从0开始
timeout	指定菜单项等待选项选择的时长
splashimage	(hd#,#)/PATH/TO/XPM_PIC_FILE:指名菜单背景图片文件路径
hiddenmenu	隐藏菜单
password [--md5] STRING	菜单编辑认证
title TITLE	定义菜单项"标题",可出现多次
root (hd#,#)	grub查找stage2及kernel文件所在设备分区;为grub的"根"
kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS]	启动的内核
initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE	内核匹配的ramfs文件

grub的命令行接口

help：获取帮助列表；
help KEYWORD：获取详细帮助信息；
find (hd#,#)/PATH/TO/SOMEFILE：查找文件；
root (hd#,#)：设定指定磁盘分区为grub根；
kernel /PATH/TO/KERNEL_FILE：设定本次启动时用到的内核文件；额外还可添加许多内核支持使用的命令行(command line)参数；
      例如：init=/path/to/init, selinux=0, init=1
initrd /PATH/TO/INITRANFS_FILE：设定我选定的内核提供额外文件的ramdisk；
boot：引导启动选定的内核

实现kickstart文件制作与光盘镜像制作

1.Kickstart简介

kickstart是一个利用Anconda工具实现服务器自动化安装的方法；通过生成的kickstart配置文件ks.cfg，服务器安装可以实现从裸机到全功能服务的的非交互式（无人值守式）安装配置。ks.cfg是一个简单的文本文件，文件包含Anconda在安装系统及安装后配置服务时所需要获取的一些必要配置信息（如键盘设置，语言设置，分区设置等）；Anconda直接从该文件中读取必要的配置，只要该文件信息配置正确无误且满足所有系统需求，就不再需要同用户进行交互获取信息，从而实现安装的自动化。

2. kickstart的安装方法

（1）直接手动编辑，可以依据某个模板来进行修改
（2）使用kickstart文件创建工具：system-config-kickstart进行配置，同样可以导入某个模板进行修改

3. 使用kickstart工具进行文件新制作

安装system-config-kickstart工具

[root@wujunjie ~]# yum install system-config-kickstart.noarch -y

调用kickstart工具

[root@wujunjie ~]# system-config-kickstart

• 基本配置信息
  

  step1

• 安装方法
  

  step2

• 引导程序安装
  

  step3

• 分区信息
  

  step4

• 网络配置
  

  step5

• 验证
  

  step6

• 防火墙与selinux
  

  step7

• 显示配置
  

  step8

• 软件包选择
  

  step9

• 安装前脚本和安装后脚本

  
  
  

  step10

4.保存文件并且校验

[root@wujunjie ~]# ls
11               Downloads                 Music      untilping.sh
anaconda-ks.cfg  index.php?page=downloads  Pictures   Videos
Desktop          initial-setup-ks.cfg      Public     whileping.sh
Documents        ks.cfg                    Templates
[root@wujunjie ~]# ksvalidator ks.cfg 
[root@wujunjie ~]#

制作iso镜像

• 第一步--准备新iso镜像目录myiso并拷贝原iso镜像里自带的isolinux（包含有BootLoader、kernel以及initrd的文件.）

  [root@wujunjie ~]# mount /dev/cdrom /media/cdrom/
  mount: /dev/sr0 is write-protected, mounting read-only
  [root@wujunjie ~]# mkdir /myiso
  [root@wujunjie ~]# cp -r /media/cdrom/isolinux/ /myiso/
  

• 第二步--为拷贝的isolinux目录文件添加权限

  [root@wujunjie isolinux]# chmod +w *
  [root@wujunjie isolinux]# ll
  total 48016
  -rw-r--r--. 1 root root     2048 Oct 10 08:06 boot.cat
  -rw-r--r--. 1 root root       84 Oct 10 08:06 boot.msg
  -rw-r--r--. 1 root root      293 Oct 10 08:06 grub.conf
  -rw-r--r--. 1 root root 43372552 Oct 10 08:06 initrd.img
  -rw-r--r--. 1 root root    24576 Oct 10 08:06 isolinux.bin
  -rw-r--r--. 1 root root     3068 Oct 10 08:06 isolinux.cfg
  -rw-r--r--. 1 root root   190896 Oct 10 08:06 memtest
  -rw-r--r--. 1 root root      186 Oct 10 08:06 splash.png
  -rw-r--r--. 1 root root     2215 Oct 10 08:06 TRANS.TBL
  -rw-r--r--. 1 root root   152976 Oct 10 08:06 vesamenu.c32
  -rwxr-xr-x. 1 root root  5392080 Oct 10 08:06 vmlinuz
  

• 第三步--拷贝制作的ks文件到新目录

  [root@wujunjie ~]# cp ks.cfg /myiso/
  [root@wujunjie ~]# ls /myiso/
  isolinux  ks.cfg
  

• 第四步--制作光盘镜像

  [root@wujunjie ~]# mkisofs -R -J -T -v --no-emul-boot --boot-load-size 4 --boot-info-table -V "CentOS 7 x86_64 boot" -c isolinux/boot.cat -b isolinux/isolinux.bin -o /root/boot.iso /myiso/
  I: -input-charset not specified, using utf-8 (detected in locale settings)
  genisoimage 1.1.11 (Linux)
  Scanning /myiso/
  Scanning /myiso/isolinux
  Excluded by match: /myiso/isolinux/boot.cat
  ……………………………………….
  [root@wujunjie ~]# ls
  11               Documents                 ks.cfg    Templates
  anaconda-ks.cfg  Downloads                 Music     untilping.sh
  boot.iso         index.php?page=downloads  Pictures  Videos
  Desktop          initial-setup-ks.cfg      Public    whileping.sh
  

使用xshell上传iso镜像到本地桌面

  [root@wujunjie ~]# sz boot.iso

最后可用VMware Workstation测试