Linux 系统启动与服务管理

1. 前言

  服务器在正常的运行过程中，一般很少重启，但是如果发生了未知故障或者遇到了人为误操作的情况，可能就会出现启动异常的状况。虽然 Linux 系统启动流程是比较底层的知识了，但是为了加深对 Linux 系统的理解，总结了这篇文章。

2. Linux 系统启动过程

2.1 开机自检

  服务器主机开机以后，将根据主板 BIOS 中的设置对 CPU、内存、显卡、硬盘等设备进行初步检测，检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权，大多时候会移交给本机硬盘。

2.2 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） 。

2.3 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。需要注意的是，Centos7 采用的是 GRUB2 启动引导器。

2.4 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。
在CentoS 系统中，默认的内核文件位于"/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64"。

2.5 init 进程初始化

  为了完成进一步的系统引导过程，Linux 内核首先将系统中的 “/sbin/init” 程序加载到内存中运行，init 进程负责完成一系列的系统初始化过程，最后等待用户进行登录。

2.6 系统启动过程总结

• 检测出第一个能够引导系统的设备比如硬盘或光驱
• 运行放在 MBR 扇区里的启动 GRUB 引导程序
• 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以及路径位置
• 把内核和镜像文件系统加载到内存中
• 加载硬件驱动程序，内核把 init 进程加载到内存中运行

3. init 进程与 systemd

3.1 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
• init 进程的 PID 号永远为 1

[root@c7-1 ~]#ll /sbin/init
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 8月  13 21:44 /sbin/init -> ../lib/systemd/systemd

3.2 Centos5/6/7 init 进程对比

3.3 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

[root@c7-1 ~]#ps -ef
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root          1      0  0 8月15 ?       00:00:31 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root --system --deserialize 22
root          2      0  0 8月15 ?       00:00:00 [kthreadd]
root          4      2  0 8月15 ?       00:00:00 [kworker/0:0H]
root          6      2  0 8月15 ?       00:00:00 [ksoftirqd/0]
root          7      2  0 8月15 ?       00:00:00 [migration/0]
......

3.4 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
Device	.device	描述一个内核识别的设备文件
Mount	.mount	描述一个文件系统的挂载点
Automount	.automount	描述一个文件系统的自动挂载点
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（用于实现类似 cron 的调度任务）
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

3.5 运行级别对应的 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闭主机
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。默认等同于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。默认等同于3
5	graphical.target	图形界面的多用户模式，提供了图形桌面操作环境
6	reboot.target	重新启动，使用该级别时将会重启主机

3.6 systemd 管理命令 systemctl

格式：

systemctl COMMAND name.service		#.service 也可以省略

Sysvinit 和 Systemd 命令对比

Sysvinit命令	Systemd命令	含义
service name start	systemctl start name	启动服务
service name stop	systemctl stop name	关闭服务
service name restart	systemctl restart name	重启服务不管当前是启动还是关闭状态
service name reload	systemctl reload name	重新载入服务配置信息而不中断服务
service name condrestart	systemctl condrestart name	运行状态的服务可以重启，不在运行状态无法重启
service name status	systemctl status name	查看服务的运行状态
chkconfig name on	systemctl enable name	设置服务为开机自启动
chkconfig name off	systemctl disable name	设置服务为开机关闭
chkconfig name	systemctl is-enabled name	检查服务是否开机自启
chkconfig name --add	systemctl daemon-reload	创建一个新服务文件，或者变更配置的时候使用

示例：

#启动 httpd 服务
systemctl start httpd 
#停止 httpd 服务
systemctl stop httpd
#重启 httpd 服务
systemctl restart httpd
#查看 httpd 服务状态
systemctl status httpd
#禁止自动和手动启动服务(可以关闭运行的服务)
systemctl mask name.service	
#取消禁止
systemctl unmask name.service
#查看某服务当前是否正在运行
systemctl is-active name.service
#查看所有服务
systemctl list-unit-files --type=service
#查看所有已经激活的服务
systemctl list-unit-files --type=service | grep enabled
#列出启动失败的服务
systemctl --failed --type=service
或
systemctl list-units --state failed
或
systemctl list-unit-files --state=failed
#开启 httpd 服务并设置开机自启
systemctl enable --now httpd.service
#关闭 httpd 服务并关闭开机自启
systemctl disable --now httpd.service
#查看服务的依赖关系
systemctl list-dependencies name.service
#杀掉进程
systemctl kill unitname

4.总结

  作为一名运维工程，对 Linux 系统服务的管理是基本技能。一个系统在安装完成后免不了要对系统进行优化，关闭不必要的服务，节省系统资源，保护服务器不受网络攻击，这也是运维工作的职责所在，熟练掌握 Linux 系统的底层原理和基本操作，在面对问题的时候才不会茫然不知所措！