引导过程与服务控制

一、Linux 操作系统的引导过程

1．开机自检

当服务器开机时，会进行开机自检，检测硬件设备比如CPU、内存、显卡、键盘等设备是否有故障，无故障便会根据预设的开机启动顺序，移交系统控制权，正常情况下为本机硬盘。
总结：检测出第一个能够引导系统的设备，比如硬盘或者光驱

2．MBR 引导

当从本机硬盘中启动系统时，首先根据硬盘第一个扇区中MBR（主引导记录）的设置，将系统控制权传递给包含操作系统引导文件的分区；或者直接根据MBR 记录中的引导信息调用启动菜单（如 GRUB）。
MBR大小为512字节，存放预启动信息，分区表等信息。
总结：运行放在MBR扇区里的启动GRUB引导程序

3．GRUB 菜单

对于Linux操作系统来说，GRUB（统一启动加载器）是使用最为广泛的多系统引导器程序。系统控制权传递给GRUB以后，将会显示启动菜单给用户选择，并根据所选项（或采用默认值）加载Linux内核文件，然后将系统控制权转交给内核。
CentOS 7 采用的是 GRUB2 启动引导器。
GRUB是MBR程序的前446字节。
总结：GRUB引导程序通过读取GRUB配置文件/boot/grub2/grub.cfg，来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置

4．加载 Linux 内核

Linux内核是一个预先编译好的特殊二进制文件，介于各种硬件资源与系统程序之间，负责资源分配与调度。内核接过系统控制权以后，将完全掌控整个Linux操作系统的运行过程。
CentOS 7系统中，默认的内核文件位于“/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64”。
总结：把内核和镜像文件系统加载到内存中

5．init 进程初始化

内核被加载后，第一个运行的程序就是“/sbin/init”（运行中的程序称为进程），init 进程负责完成整个系统的初始化，最后等待用户进行登录。
总结：加载硬件驱动程序，内核把init进程加载到内存中运行

二、系统初始化进程

1、init进程

• 由Linux内核加载运行 /sbin/init 程序
• init 进程是系统中第一个进程，是所有进程的父进程
• init进程的PID (进程标记)号永远为1

2、Systemd

• Systemd是Linux操作系统的一种 init 软件
• CentOS7中采用全新的Systemd启动方式，取代传统的SysVinit
• CentOS7中运行的第一个 init 进程是 /lib/systemd/systemd

传统sysvinit和systemd的对比

名称	启动方式	效率	启动速度
传统sysvinit	依赖于串行执行 Shell 脚本启动服务(各个文件间有依赖关系,按依赖关系启动，分先后顺序)	所有服务都启动，导致效率低下	系统启动速度较慢
systemd	将更多的服务进程并行启动（先忽略依赖关系，同时启动，待相应的依赖软件启动后，在建立依赖关系）	提供按需启动服务的能力，使得启动更少进程，效率高	系统启动速度快

3、Systemd单元类型

单元类型	扩展名	说明
Service	.service	描述一个系统服务
Socket	.socket	描述一个进程间通信的套接字(IP:端口)
Device	.device	描述一个内核识别的设备文件
Mount	.mount	描述一个文件的系统挂载点
Automount	.automount	描述一个文件自动挂载点
Swap	.swap	描述一个内存交换设备或交换文件
Path	.path	描述一个文件系统中文件或目录
Timer	.timer	描述一个定时器
Snapshot	.snapshot	用于保存一个systemd的状态
Scope	.scope	使用systemd的总线接口以编程的方式创建外部进程
Slice	.slice	描述居于Cgroup的一组通过层次组织的管理系统进程
Target	.target	描述一组systemd的单元

• 最主要的三个单元类型为Service、Socket和Targe
• 这些单元类型以后缀的形式附在资源名后面，如网络服务 network.service

4、运行级别所对应的Systemd目标

运行级别	Systemd的target	说明
0	target	关机状态，使用该级别时将会关机
1	rescue.target	单用户模式，不需要密码验证即可登录系统[多用于系统维护]
2	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别[默认为3]
3	multi-user.target	字符界面的完整多用户模式，大多数服务器主机运行在此级别
4	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别[默认为3]
5	graphical.target	图像界面的多用户模式，提供了图形桌面操作环境
6	reboot.target	重新启动，使用该级别时会重启主机

使用较多的是0、3、5、6，3用于服务器，5用于个人，系统维护使用1,比较之上的级别2和4用的非常少

三、排除启动类故障

1、MBR扇区故障分析

1.1 故障原因

• 病毒、木马等造成的破坏
• 不正确的分区操作、磁盘读写误操作

1.2 故障现象

• 找不到引导程序，启动中断
• 无法加载操作系统，开机后黑屏

1.3 解决思路

• 应提前作好备份文件
• 以安装光盘引导进入急救模式
• 从备份文件中恢复

2、模拟MBR扇区故障并修复

MBR位于第一块硬盘(/dev/sda)的第一个物理扇区处，总共512字节
（1）备份MBR扇区数据到其他磁盘(/dev/sdb1)

mkdir /mbrback
mount /dev/sdb1 /mbrback
dd if=/dev/sda of=/mbrback/mbr.bak bs=512 count=1

（2）模拟破坏MBR引导扇区

dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=512 count=1
init 6

（3）引导界面进入急救模式
1、从备份文件中恢复MBR扇区数据
先加载好光盘镜像，重启操作系统
进行加载界面的进度条时按Esc进行启动选择，选择CD-ROM光盘启动
当出现安装想到界面时，选择"Troubleshooting"选项

2、再选择"Rescue a CentOS system"选项，进入急救模式
选择"1"选择 Continue并按Enter键继续

3、再次按Enter键后将进入带"sh-4.2#"提示符的Bash Shell环境

sh-4.2# mkdir /bakmbr
sh-4.2# mount /dev/sdb1 /bakmbr #挂载带有备份文件的分区
sh-4.2# dd if=/bakmbr/mbr.bak of=/dev/sda #恢复备份数据
sh-4.2# exit #执行exit命令退出临时Shell环境，系统将会自动重启

3、GRUB引导故障分析

1）故障原因

• MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
• grub. cfg 文件丢失、引导配置有误（centos7文件所在位置/boot/grub2/grub. cfg）

2）故障现象

• 系统引导停滞，显示 “grub>” 提示符

3）解决思路

• 尝试手动输入引导命令
• 进入急救模式，重写或者从备份中恢复grub.conf
• 向MBR扇区中重建grub程序

4、修复GRUB 引导故障

（1）手动输入引导命令

grub>insmod xfs  #加载指定的模块到内核
grub>linux16 /vmlinuz-3.10.0-693.el7.x86_64 root=UUID=89b4c66d-51b7-4fa4-bd85-0ee860977494 ro rhgb quiet LANG=zh_CN.UTF- 8
grub>initrd16 /initramfs-3.10.0-693.el7.x86_64.img
grub>boot

（2）进入急救模式，恢复GRUB引导程序
MBR位于第一块硬盘(/dev/sda)的第一个物理扇区处，总共512字节，前446字节是主引导记录，分区表保存再MBR扇区中的第447-510字节中

mkdir /bak
mount /dev/sdb1 /bak
dd if=/dev/sda of=/bak/grub.bak bs=446 count=1

模拟对MBR中的GRUB引导程序的破坏，但并不破坏分区表

dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=446 count=1

引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复GRUB引导程序

sh-4.2# mkdir /bak
sh-4.2# mount /dev/sdb1 /bak
sh-4.2# dd if=/bak/grub.bak of=/dev/sda
sh-4.2# exit

（3）引导界面进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件

rm -rf /boot/frub2/grub.cfg

进入急救模式，加载光盘镜像，切换到系统根环境

sh-4.2# chroot /mnt/sysimage

重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘(/dev/sda)的MRB扇区

bash-4.2# grub2-install /dev/sda

重新构建GRUB菜单的配置文件

bash-4.2# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

退出chroot 环境，并重启

bash-4.2# exit
sh-4.2# reboot

5、遗忘 root 用户的密码分析

5.1 故障原因

• 遗忘root用户的密码

5.2 故障现象

• 无法进行需要root权限的管理操作
• 若没有其他可用帐号，将无法登录系统

5.3 解决思路

• 进入急救模式，重设密码

6、重设root 用户的密码

进入急救模式，重设密码

chroot /mnt/sysimage
passwd root

四、Linux系统的运行级别

1.查看运行级别

• runlevel命令
• systemctl工具

2.临时切换运行级别

• init命令
• systemctl工具

init命令	systemctl命令	其它命令	其它
init 0	systemctl isolate poweroff.target	systemctl poweroff	shutdown -h now
init 1	systemctl isolate rescue.target	————	————
init 3	systemctl isolate multi-user.target	————	————
init 5	systemctl isolate graphical.target	————	————
init 6	systemctl isolate reboot.target	systemctl reboot	reboot

3.查看系统默认的运行级别

systemctl get-default      #查看系统默认运行级别

4.设置永久运行级别

ln -sf /lib/systemd/system/multi-user.target /etc/systemd/system/default.target

或

systemctl set-default multi-user.target

5.永久修改主机名

hostnamectl set-hostname  （新名称）

6.查看主机名的状态

hostnamectl status 

7.设置系统语言为中文

localectl set-locale LANG=zh_CN.utf8

8.查看当前系统使用的语言

localectl [status]

五、Linux系统服务控制

systemctl 控制类型 服务名称

常用控制类型

命令	功能
start	启动
stop	停止
restart	重新启动
reload	重新加载
status	查看服务状态

六、优化启动过程

1、ntsysv工具

• 提供一个交互式、可视化窗口
• 可以在字符终端运行
• 便于集中管理多个服务
• 用于控制服务是否开机自启动

2、systemct工具

• 不提供交互式、可视化窗口
• 管理单个服务效率更高

七、系统服务的启动和控制

1、ntsysv系统服务管理工具

ntsysv
ntsysv --level 级别列表

• 按空格键标志服务选项
• 按↑、↓键切换服务选项
• 按tab键切换光标
• 输入ntsysv后显示
  

2、系统服务的启动和控制

2.1 查看系统服务的启动状态

systemctl is-enabled 服务名称

2.2 服务名称设置系统服务的启动状态

systemctl enable 服务名称       #开启开机自启动
systemctl disable 服务名称       #关闭开机自启动