Linux系统启动流程和内核管理详细介绍

Linux系统启动流程和内核管理详细介绍

概述

• 博客主要包含CentOS5 和 CentOS6的启动流程介绍、相关的系统服务管理、Grub启
  动引导管理、自定义满足基本使用需求的Linux系统、Centos系统启动故障排错、源码
  编译安装linux内核、BusyBox 介绍、Centos 7启动流程介绍、Centos 7 Unit介绍
  Centos 7 服务管理和查看、Centos7启动排错、破解centos口令、修复grub引导。

一.Linux组成

• Linux: kernel+rootfs
  • kernel: 进程管理、内存管理、网络管理、驱动程序、文件系统、安全功能

内核具体功能解释

• rootfs:程序和glibc
• 库：函数集合, function, 调用接口（头文件负责描述）
• 程序：二进制执行文件
• 内核设计流派：
  • 宏内核(monolithic kernel)：又称单内核和强内核，Unix，Linux
    把所有系统服务都放到内核里，所有功能集成于同一个程序，分层实现不同
    功能，系统庞大复杂， Linux其实在单内核内核实现了模块化，也就相当于吸收了
    微内核的优点
  • 微内核(micro kernel)：Windows，Solaris，HarmonyOS
    简化内核功能，在内核之外的用户态尽可能多地实现系统服务，同时加入相
    互之间的安全保护，每种功能使用一个单独子系统实现，将内核功能移到用户空间，
    性能差

二.CentOS6大致启动流程

• 大致启动流程如下

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qSdT6RmN-1691369511982)(png/2019-11-07-09-57-17.png)]

1.加载BIOS的硬件信息，获取第一个启动设备 
2.读取第一个启动设备MBR的引导加载程序(grub)的启动信息 
3.加载核心操作系统的核心信息，核心开始解压缩，并尝试驱动所有的硬件设备 
4.核心执行init程序，并获取默认的运行信息 
5.init程序执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件 
6.启动核心的外挂模块
7.init执行运行的各个批处理文件(scripts) 
8.init执行/etc/rc.d/rc.local
9.执行/bin/login程序，等待用户登录 
10.登录之后开始以Shell控制主机

三.系统启动流程

BIOS

• POST：Power-On-Self-Test，加电自检，是BIOS功能的一个主要部分。负责完成对
  CPU、主板、内存、硬盘子系统、显示子系统、串并行接口、键盘等硬件情况的检测
• ROM：BIOS，Basic Input and Output System，保存着有关计算机系统最重要
  的基本输入输出程序，系统信息设置、开机加电自检程序和系统启动自举程序等
• RAM：CMOS互补金属氧化物半导体，保存各项参数的设定
• 启动时按次序查找引导设备，第一个有引导程序的设备为本次启动设备
• bootloader: 引导加载器，引导程序
  • windows: ntloader，仅是启动OS
  • Linux：功能丰富，提供菜单，允许用户选择要启动系统或不同的内核版本；把用
    户选定的内核装载到内存中的特定空间中，解压、展开，并把系统控制权移交给内核

LILO：LInux LOader 
GRUB: GRand Unified Bootloader 
    GRUB 0.X: GRUB Legacy， GRUB2 

• MBR:硬盘的前512字节(第一个扇区)
  • 前446字节为:bootloader
  • 中间64字节:分区表
  • 最后2字节:55AA标记位
• GRUB
  • primary boot loader : 1st stage，1.5 stage
  • secondary boot loader ：2nd stage，分区文件
• kernel 初始化
  • 探测可识别到的所有硬件设备
  • 加载硬件驱动程序（借助于ramdisk加载驱动）
  • 以只读方式挂载根文件系统
  • 运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

Linux内核特点：

• 支持模块化：.ko（内核对象）如：文件系统，硬件驱动，网络协议等
• 支持内核模块的动态装载和卸载
• 内核组成部分：
  • 核心文件：

  /boot/vmlinuz-VERSION-release 
  ramdisk：辅助的伪根系统 
  CentOS 5 /boot/initrd-VERSION-release.img 
  CentOS 6,7 /boot/initramfs-VERSION-release.img 

• 模块文件：/lib/modules/VERSION-release
• ramdisk:核内中的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问，并加载相应
  的硬件驱动:ramdisk --> ramfs 提高速度

CentOS 5 -- > initrd.img 
工具程序：mkinitrd 
CentOS 6，7 --> initramfs.img 
工具程序：mkinitrd, dracut 

ramdisk管理

• ramdisk文件的制作：
  (1) mkinitrd命令
  为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件
  mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname-r)(2)dracut命令为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件dracut/boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

系统启动流程

• 系统启动及初始化：
  POST --> BootSequence (BIOS) --> Bootloader(MBR) -->
  kernel(ramdisk) --> rootfs(只读) --> init（systemd）
• init程序的类型：
• SysV: init, CentOS 5之前
  • 配置文件：/etc/inittab
• Upstart: init,CentOS 6
  • 配置文件：/etc/inittab, /etc/init/*.conf
• Systemd：systemd, CentOS 7
  • 配置文件：

  /usr/lib/systemd/system 
  /etc/systemd/system 
  sbin/init  CentOS6之前 

• 运行级别：为系统运行或维护等目的而设定0-6：7个级别

0：关机 
1：单用户模式(root自动登录), single, 维护模式 
2：多用户模式，启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式 
3：多用户模式，正常模式；文本界面 
4：预留级别；可同3级别 
5：多用户模式，正常模式；图形界面 
6：重启 
默认级别：3, 5 
切换级别：init # 
查看级别：
    runlevel
    who -r 

• init初始化基本步骤

init读取其初始化文件：/etc/inittab 
初始运行级别(RUN LEVEL) 
系统初始化脚本 
对应运行级别的脚本目录 
捕获某个关键字顺序 
定义UPS电源终端/恢复脚本 
在虚拟控制台生成getty 
在运行级别5初始化X 

• CentOS 5 的inittab文件
• 配置文件：/etc/inittab
• 每一行格式：

id:runlevel:action:process 
id：是惟一标识该项的字符序列 
runlevels： 定义了操作所使用的运行级别 
action： 指定了要执行的特定操作 
    wait: 切换至此级别运行一次 
    respawn：此process终止，就重新启动之 
    initdefault：设定默认运行级别；process省略 
    sysinit：设定系统初始化方式 
process：定义了要执行的进程 

• 示例：CentOS 5 的inittab文件

id:5:initdefault: 
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit 
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0 
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1 
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2 
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3 
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4 
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5 
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6 
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now 
pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down” 
pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled” 
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1 
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2 
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3 
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4 
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5 
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6 
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon 

• CentOS6 /etc/inittab和相关文件
• /etc/inittab

    设置系统默认的运行级别 
    id:3:initdefault: 

• 破解CentOS 6 的root口令

/etc/init/control-alt-delete.conf 
/etc/init/tty.conf 
/etc/init/start-ttys.conf 
/etc/init/rc.conf 
/etc/init/prefdm.conf 

• /etc/rc.d/rc.sysinit: 系统初始化脚本,主要做以下事务

(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) 激活swap设备 
(8) 根据/etc/sysctl.conf文件设置内核参数 
(9) 激活lvm及software raid设备 
(10) 加载额外设备的驱动程序 
(11) 清理操作 

• 说明：rc N --> 意味着读取/etc/rc.d/rcN.d/
  • K*: K##*：##运行次序；数字越小，越先运行；数字越小的服务，通常为
    依赖到别的服务
  • S*: S##*：##运行次序；数字越小，越先运行；数字越小的服务，通常为
    被依赖到的服务
  • 作用类似下面的代码

for srv in /etc/rc.d/rcN.d/K*; do 
    $srv stop 
done 
for srv in /etc/rc.d/rcN.d/S*; do 
    $srv start 
done 

• ntsysv命令
• chkconfig命令查看服务在所有级别的启动或关闭设定情形：
  chkconfig [--list] [name]
• 添加：

SysV的服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d (/etc/init.d) 
chkconfig --add name 
    #!/bin/bash 
    #LLLL 表示初始在哪个级别下启动，-表示都不启动 
    #chkconfig: LLLL nn nn 

• 删除：
  chkconfig --del name

• 修改指定的链接类型
  chkconfig [--level levels] name

  • –level LLLL: 指定要设置的级别；省略时表示2345

• xinetd管理的服务

  • service 命令：手动管理服务
    service aervicename start|stop|restart
service --status-all

• 瞬态（Transient）服务被xinetd进程所管理

• 进入的请求首先被xinetd代理

• 配置文件：/etc/xinetd.conf、/etc/xinetd.d/ 与libwrap.so文件链接

• 用chkconfig控制的服务：chkconfig tftp on

• 注意：正常级别下，最后启动一个服务S99local没有链接至/etc/rc.d/init.d
  一个服务脚本，而是指向了/etc/rc.d/rc.local脚本

• 不便或不需写为服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d/目录，且又想开机时自动运
  行的命令，可直接放置于/etc/rc.d/rc.local文件中

• /etc/rc.d/rc.local在指定运行级别脚本后运行,可以根据情况,进行自定义修改

1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1 
2:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty2 
... 
6:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty6 

• mingetty会自动调用login程序
  x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon

• 启动过程总结：/sbin/init --> (/etc/inittab) --> 设置默认运行级别 --> 运行系统初始脚本、完成系统初始化 --> (关闭对应下需要关闭的服务)启动 需要启动服务 --> 设置登录终端

• CentOS 6 init程序为: upstart, 其配置文件：
  /etc/inittab, /etc/init/*.conf

• 配置文件的语法遵循 upstart配置文件语法格式，和CentOS5不同

四.grub legacy

CentOS 6启动流程

POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader --> Kernel(ramdisk) --> rootfs --> switchroot --> /sbin/init -->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 设定默认运行级别 --> 系统初始化脚本rc.sysinit --> 关闭或启动对应级别的服务 --> 启动终端

• 参看：比较详细的启动过程图解

grub: GRand Unified Bootloader

grub 0.97: grub legacy 
grub 2.x: grub2 
grub legacy: 
    stage1: mbr 
    stage1_5: mbr之后的扇区，让stage1中的bootloader能识别stage2所在
的分区上的文件系统 
    stage2：磁盘分区(/boot/grub/) 

grub安装

(1) grub-install 
安装grub stage1和stage1_5到/dev/DISK磁盘上，并复制GRUB相关文件
到 DIR/boot目录下 
grub-install --root-directory=DIR /dev/DISK 
(2) grub
grub> root (hd#,#) 
grub> setup (hd#) 

• 配置文件：/boot/grub/grub.conf <-- /etc/grub.conf
• stage2及内核等通常放置于一个基本磁盘分区
• 功用：

(1) 提供启动菜单、并提供交互式接口 
    a：内核参数 
    e: 编辑模式，用于编辑菜单 
    c: 命令模式，交互式接口 
(2) 加载用户选择的内核或操作系统 
    允许传递参数给内核 
    可隐藏启动菜单 
(3) 为菜单提供了保护机制 
    为编辑启动菜单进行认证 
    为启用内核或操作系统进行认证 

grub的命令行接口

help: 获取帮助列表 
help KEYWORD: 详细帮助信息 
find (hd#,#)/PATH/TO/SOMEFILE： 
root (hd#,#) 
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cmdline参数 
例如：
    max_loop=100 selinux=0 init=/path/to/init 
    initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 设定为选定的内核提供额外文件的ramdisk 
boot: 引导启动选定的内核 

• cat /proc/cmdline 查看当前内核所使用参数

• 内核参数文档:/usr/share/doc/kernel-doc-2.6.32/Documentation/kernel-parameters.txt

• 识别硬盘设备

(hd#,#) 
hd#:磁盘编号，用数字表示；从0开始编号 
#:分区编号，用数字表示; 从0开始编号 
(hd0,0) 第一块硬盘，第一个分区 

• 手动在grub命令行接口启动系统

grub> root (hd#,#) 
grub> kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE ro root=/dev/DEVICE  
grub> initrd /initramfs-VERSION-RELEASE.img 
grub> boot 

grub legacy配置文件

• 配置文件：/boot/grub/grub.conf

default=#: 设定默认启动的菜单项；落单项(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/XPM_FILE：菜单背景图片文件路径 
password [--md5] STRING: 启动菜单编辑认证 
hiddenmenu：隐藏菜单 
title TITLE：定义菜单项“标题”, 可出现多次 
root (hd#,#)：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 
password [--md5|--encrypted ] STRING: 启动选定的内核或操作系统时进行认证 

grub加密

• 生成grub口令
  grub-md5-crypt
grub-crypt
• 破解root口令
  • 启动系统时，设置其运行级别1
• 进入单用户模式：

(1) 编辑grub菜单(选定要编辑的title，而后使用a 或 e 命令) 
(2) 在选定的kernel后附加: 1, s, S，single都可以
(3) 在kernel所在行，键入“b”命令 

五.自制linux系统

1.分区并创建文件系统

fdisk /dev/sdb 
分两个必要的分区 
/dev/sdb1对应/boot   /dev/sdb2对应根 / 
mkfs.ext4 /dev/sdb1 
mkfs.ext4 /dev/sdb2 

2.挂载boot

mkdir /mnt/boot  子目录必须为boot 
mount /dev/sdb1 /mnt/boot 

3.安装grub

grub-install --root-directory=/mnt /dev/sdb

4.恢复内核和initramfs文件

cp /boot/vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64  /mnt/boot/ 
cp /boot/initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img  /mnt/boot 

5.建立grub.conf

vim /mnt/boot/grub/grub.conf   
title wanglinux 
root (hd0,0) 
kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 root=/dev/sda2  selinux=0 
init=/bin/bash 
initrd /initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img  

6.chroot /mnt/sysroot

7.创建一级目录

mkdir /mnt/sysroot 
mount  /dev/sdb2   /mnt/sysroot 
mkdir –pv 
/mnt/sysroot/{etc,lib,lib64,bin,sbin,tmp,var,usr,sys,proc,opt,home,root,boot,
dev,mnt,media} 

8.复制bash和相关库文件

9.复制相关命令及相关库文件

• 如：ifconfig,insmod,ping,mount,ls,cat,df,lsblk,blkid等

/proc目录

• /proc目录包含内核自己内部状态信息及统计信息，可配置参数等通过proc伪
  文件系统加以输出

  • 帮助：man proc
  • 参数：只读：输出信息
  • 可写：可接受用户指定“新值”来实现对内核某功能或特性的配置

• /proc/sys
  (1) sysctl命令用于查看或设定此目录中诸多参数
  sysctl -w path.to.parameter=VALUE
  sysctl -w kernel.hostname=mail.magedu.com
  (2) echo命令通过重定向方式也可以修改大多数参数的值
  echo “VALUE” > /proc/sys/path/to/parameter
  echo “websrv” > /proc/sys/kernel/hostname

sysctl命令查看当前生效的内核参数

• 默认配置文件：/etc/sysctl.conf
  (1) 设置某参数
  sysctl -w parameter=VALUE
  (2) 通过读取配置文件设置参数
  sysctl -p [/path/to/conf_file]
  (3) 查看所有生效参数
  sysctl -a

• 常用的几个参数

net.ipv4.ip_forward 
net.ipv4.icmp_echo_ignore_all 
vm.drop_caches 
fs.file-max = 1020000 

/sys目录

• sysfs：为用户使用的伪文件系统，输出内核识别出的各硬件设备的相关属
  性信息，也有内核对硬件特性的设定信息；有些参数是可以修改的，用于调整硬件
  工作特性
• udev通过此路径下输出的信息动态为各设备创建所需要设备文件，udev是
  运行用户空间程序
• 专用工具：udevadmin, hotplug
• udev为设备创建设备文件时，会读取其事先定义好的规则文件，一般在
  /etc/udev/rules.d及/usr/lib/udev/rules.d目录下

六.内核编译

• linux单内核体系设计、但充分借鉴了微内核设计体系的优点，为内核引入模块
  化机制
• 内核组成部分：

kernel：内核核心，一般为bzImage，通常在/boot目录下 
    名称为 vmlinuz-VERSION-RELEASE 
kernel object：内核对象，一般放置于 
    /lib/modules/VERSION-RELEASE/ 
[ ]: N 
[M]: M 
[*]: Y 
辅助文件：ramdisk 
         initrd 
         initramfs 

• 内核版本

查看运行中的内核版本： 
uname命令： 
    uname - print system information 
    uname [OPTION]... 
        -n: 显示节点名称 
        -r: 显示VERSION-RELEASE 
        -a:显示所有信息 

内核模块命令

• lsmod命令：

显示由核心已经装载的内核模块 
显示的内容来自于: /proc/modules文件 

• modinfo命令：

显示内核模块的详细描述信息 
    modinfo [ -k kernel ]  [ modulename|filename... ] 
    -n：只显示模块文件路径 
    -p：显示模块参数 
    -a：作者 
    -d：描述 
示例：lsmod |grep xfs  
      modinfo  xfs 

内核模块管理

• modprobe命令：

装载或卸载内核模块 
    modprobe [ -C config-file ]  [ modulename ]  [ module parame-ters... ] 
    modprobe [ -r ] modulename… 

• 配置文件：/etc/modprobe.conf, /etc/modprobe.d/*.conf
• depmod命令：内核模块依赖关系文件及系统信息映射文件的生成工具
• 装载或卸载内核模块：

insmod命令：指定模块文件，不自动解决依赖模块 
insmod [ filename ]  [ module options... ] 
insmod `modinfo –n exportfs` 
lnsmod `modinfo –n xfs` 
rmmod命令：卸载模块 
rmmod [ modulename ] 
rmmod xfs 
rmmod exportfs 

编译内核

1.前提：

(1) 准备好开发环境 
(2) 获取目标主机上硬件设备的相关信息 
(3) 获取目标主机系统功能的相关信息 
    例如:需要启用相应的文件系统 
(4) 获取内核源代码包 
     www.kernel.org 

2.开发环境准备

包组 
    Development Tools 
目标主机硬件设备相关信息 
    CPU： 
    cat /proc/cpuinfo 
    x86info -a 
    lscpu 
PCI设备： 
    lspci 
        -v 
        -vv 
    lsusb 
        -v 
        -vv 
块设备 
    lsblk 
了解全部硬件设备信息 
    hal-device：CentOS 6 

3.步骤

安装开发包组 
下载源码文件 
.config：准备文本配置文件 
make menuconfig：配置内核选项 
make [-j #]  或者用两步实现： make -j # bzImage ; make -j # modules 
make modules_install：安装模块 
make install ：安装内核相关文件 
    安装bzImage为 /boot/vmlinuz-VERSION-RELEASE 
    生成initramfs文件 
    编辑grub的配置文件 

• 编译安装内核示例

yum install gcc ncurses-devel flex  bison openssl-devel elfutils-libelf devel 
tar xf linux-5.2.9.tar.xz -C /usr/src 
cd /usr/src
ln -sv linux-5.2.9 linux 
cd /usr/src/linux 
cp /boot/config-$(uname -r)   ./.config 
make help
make menuconfig 
make -j 2  或者 make -j 2 bzImage ; make -j 2 modules 
make modules_install 
make install 
reboot  

编译内核两大步

• 1.配置内核选项

支持“更新”模式进行配置：make help 
(a) make config：基于命令行以遍历的方式配置内核中可配置的每个选项 
(b) make menuconfig：基于curses的文本窗口界面 
(c) make gconfig：基于GTK (GNOME）环境窗口界面 
(d) make xconfig：基于QT(KDE)环境的窗口界面 
支持“全新配置”模式进行配置 
(a) make defconfig：基于内核为目标平台提供的“默认”配置进行配置 
(b) make allyesconfig: 所有选项均回答为“yes“ 
(c) make allnoconfig: 所有选项均回答为“no“ 

• 2.编译

全编译:make [-j #]  
编译内核的一部分功能： 
(a) 只编译某子目录中的相关代码 
    cd /usr/src/linux 
    make dir/ 
(b) 只编译一个特定的模块 
    cd /usr/src/linux 
    make dir/file.ko 
    示例：只为e1000编译驱动： 
        make drivers/net/ethernet/intel/e1000/e1000.ko

• 交叉编译内核:编译的目标平台与当前平台不相同
  make ARCH=arch_name

• 要获取特定目标平台的使用帮助
  make ARCH=arch_name help

• 示例：
  make ARCH=arm help

• 在已经执行过编译操作的内核源码树做重新编译需要事先清理操作：

make clean：清理大多数编译生成的文件，但会保留config文件等 
make mrproper: 清理所有编译生成的文件、config及某些备份文件 
make distclean：mrproper、清理patches以及编辑器备份文件 

卸载内核

删除/lib/modules/目录下不需要的内核库文件 
删除/usr/src/linux/目录下不需要的内核源码 
删除/boot目录下启动的内核和内核映像文件 
更改grub的配置文件，删除不需要的内核启动列表 
    centos7:vim /boot/grub2/grub.cfg 
           :/menuentry
    centos8:
          rm -f /boot/loader/entries/7e3e9120767340a8bd946a83d7c3b84d-$(uname -r)-80.el8.x86_64.conf

Busybox介绍

• Busybox 最初是由 Bruce Perens 在 1996 年为 Debian GNU/Linux 安装盘编
  写的。其目标是在一张软盘(存储空间只有1MB多)上创建一个GNU/Linux 系统，
  可以用作安装盘和急救盘

• Busybox 是一个开源项目，遵循GPL v2协议。Busybox将众多的UNIX命令集
  合进一个很小的可执行程序中，可以用来替代GNU fileutils、shellutils等工具
  集。Busybox中各种命令与相应的GNU工具相比，所能提供的选项比较少，但
  是也足够一般的应用了。Busybox主要用于嵌入式系统

• Busybox 是一个集成了三百多个最常用Linux命令和工具的软件。BusyBox 包
  含了一些简单的工具，例如ls、cat和echo等等，还包含了一些更大、更复杂的
  工具，例grep、find、mount以及telnet。有些人将 BusyBox 称为 Linux 工具
  里的瑞士军刀。简单的说BusyBox就好像是个大工具箱，它集成压缩了 Linux
  的许多工具和命令，也包含了 Android 系统的自带的shell

• 定制小型的Linux操作系统：linux内核+busybox

• 官方网站：https://busybox.net/

• Busybox使用

  • busybox 的编译过程与Linux内核的编译类似
  • busybox的使用有三种方式：

busybox后直接跟命令，如 busybox ls 
直接将busybox重命名，如 cp busybox tar 
创建符号链接，如 ln -s busybox rm 

• busybox的安装

• 使用创建软连接的方式使用busybox最为可取，但为busybox中每个命令都创建一个
  软链接，相当费事，busybox提供自动方法：busybox编译成功后，执行make install
  则会产生一个_install目录，其中包含了busybox及每个命令的软链接

• 编译Busybox

yum install   gcc gcc-c++ glibc glibc-devel pcre pcre-devel openssl openssl-devel systemd-devel zlib-devel glibc-static ncurses-devel 
wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.30.1.tar.bz2 
tar xvf busybox-1.31.0.tar.bz2 
cd busybox-1.31.0/ 
make menuconfig 按下面选择，把busybox编译也静态二进制、不用共享库 
   Settings -->Build Options -->[*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs) 
make && make install   如果出错，执行make clean后，重新执行上面命令 
mkdir /mnt/sysroot/ 
cp -a _install/* /mnt/sysroot/ 

练习

1、破解root口令，并为grub设置保护功能
2、破坏本机grub stage1，而后在救援模式下修复之
3、删除vmlinuz和initramfs文件后无法启动,两种方法恢复之
4、增加新硬盘，在其上制作能单独运行kernel和bash的系统
5、在U盘上定制linux和busybox，使其可启动系统，并具有网络功能
6、删除/etc/fstab和/boot目录的所有文件，并恢复之
7、编译安装kernel，启用支持ntfs文件系统功能

答案:Linux_作死实验

七.systemd服务笔记

• POST --> Boot Sequence --> Bootloader --> kernel + initramfs(initrd) --> rootfs --> /sbin/init

• init:

    CentOS 5 SysV init 
    CentOS 6 Upstart 
    CentOS 7 Systemd 

• Systemd：系统启动和服务器守护进程管理器，负责在系统启动或运行时，激
  活系统资源，服务器进程和其它进程
• Systemd新特性(相对于centos6及以前版本)

1.系统引导时实现服务并行启动 
2.按需启动守护进程 
3.自动化的服务依赖关系管理 
4.同时采用socket式与D-Bus总线式激活服务 
5.系统状态快照 

• 核心概念：unit

  • unit表示不同类型的systemd对象，通过配置文件进行标识和配置；文件中主要包含了系统
    服务、监听socket、保存的系统快照以及其它与init相关的信息

• 配置文件
  /usr/lib/systemd/system:每个服务最主要的启动脚本设置，类似于之前的
  /etc/init.d/
/run/systemd/system：系统执行过程中所产生的服务脚本，比上面目录优
  先运行
  /etc/systemd/system：管理员建立的执行脚本，类似于/etc/rcN.d/Sxx的功 能，比上面目录优先运行

• Unit类型

systemctl –t unitname 查看unit类型 
service unit: 文件扩展名为.service, 用于定义系统服务 
Target unit: 文件扩展名为.target，用于模拟实现运行级别 
Device unit: .device, 用于定义内核识别的设备 
Mount unit: .mount, 定义文件系统挂载点 
Socket unit: .socket, 用于标识进程间通信用的socket文件，也可在系统启 动时，延迟启动服务，实现按需启动 
Snapshot unit: .snapshot, 管理系统快照 
Swap unit: .swap, 用于标识swap设备 
Automount unit: .automount，文件系统的自动挂载点 
Path unit: .path，用于定义文件系统中的一个文件或目录使用,常用于当文件系
统变化时，延迟激活服务，如：spool 目录 

• systemd关键特性

基于socket的激活机制：socket与服务程序分离 
基于d-bus的激活机制： 
基于device的激活机制： 
基于path的激活机制： 
系统快照：保存各unit的当前状态信息于持久存储设备中 
向后兼容sysv init脚本 

• systemctl命令固定不变，不可扩展
• 非由systemd启动的服务，systemctl无法与之通信和控制管理服务

管理系统服务

• CentOS 7: service unit 能兼容早期的服务脚本
• 命令：systemctl COMMAND name.service

启动：service name start ==> systemctl start name.service 
停止：service name stop ==> systemctl stop name.service 
重启：service name restart ==> systemctl restart name.service 
状态：service name status ==> systemctl status name.service 

• 条件式重启：已启动才重启，否则不做操作
  service name condrestart ==> systemctl try-restart name.service
• 重载或重启服务：先加载，再启动
  systemctl reload-or-restart name.service
• 重载或条件式重启服务：
  systemctl reload-or-try-restart name.service
• 禁止自动和手动启动：
  systemctl mask name.service
• 取消禁止：
  systemctl unmask name.service

服务查看

• 查看某服务当前激活与否的状态：
  systemctl is-active name.service
• 查看所有已经激活的服务：
  systemctl list-units --type|-t service
• 查看所有服务：
  systemctl list-units --type service --all|-a

chkconfig命令的对应关系：

• 设定某服务开机自启：
  chkconfig name on ==> systemctl enable name.service
• 设定某服务开机禁止启动：
  chkconfig name off ==> systemctl disable name.service
• 查看所有服务的开机自启状态：
  chkconfig --list ==> systemctl list-unit-files --type service
• 用来列出该服务在哪些运行级别下启用和禁用
  chkconfig sshd –list ==> ls /etc/systemd/system/*.wants/sshd.service
• 查看服务是否开机自启：
  systemctl is-enabled name.service
• 查看服务的依赖关系：
  systemctl list-dependencies name.service
• 杀掉进程：
  systemctl kill unitname

服务状态说明

systemctl list-unit-files --type service --all显示状态 
loaded Unit配置文件已处理 
active(running) 一次或多次持续处理的运行 
active(exited) 成功完成一次性的配置 
active(waiting) 运行中，等待一个事件 
inactive 不运行 
enabled 开机启动 
disabled 开机不启动 
static 开机不启动，但可被另一个启用的服务激活 

systemctl 命令示例

• 显示所有单元状态
  systemctl 或 systemctl list-units
• 只显示服务单元的状态
  systemctl --type=service
• 显示sshd服务单元
  systemctl –l status sshd.service
• 验证sshd服务当前是否活动
  systemctl is-active sshd
• 启动，停止和重启sshd服务

systemctl start sshd.service 
systemctl stop sshd.service 
systemctl restart sshd.service 

• 重新加载配置
  systemctl reload sshd.service
• 列出活动状态的所有服务单元
  systemctl list-units --type=service
• 列出所有服务单元
  systemctl list-units --type=service --all
• 查看服务单元的启用和禁用状态
  systemctl list-unit-files --type=service
• 列出失败的服务
  systemctl --failed --type=service
• 列出依赖的单元
  systemctl list-dependencies sshd
• 验证sshd服务是否开机启动
  systemctl is-enabled sshd
• 禁用network，使之不能自动启动,但手动可以
  systemctl disable network
• 启用network
  systemctl enable network
• 禁用network，使之不能手动或自动启动
  systemctl mask network
• 启用network
  systemctl unmask network

service unit文件格式

• /etc/systemd/system:系统管理员和用户使用
• /usr/lib/systemd/system:发行版打包者使用
• 以 “#” 开头的行后面的内容会被认为是注释
• 相关布尔值，1、yes、on、true 都是开启，0、no、off、false 都是关闭
• 时间单位默认是秒，所以要用毫秒（ms）分钟（m）等须显式说明
• service unit file文件通常由三部分组成：
  • [Unit]：定义与Unit类型无关的通用选项；用于提供unit的描述信息、unit行为及依赖关系等
  • [Service]：与特定类型相关的专用选项；此处为Service类型
  • [Install]：定义由“systemctl enable”以及"systemctl disable“命令在实现服务启用或禁用时用到的一些选项
• 帮助：sytemd.units(5),systemd.service(5), systemd.socket(5),
  systemd.target(5),systemd.exec(5)
• Unit段的常用选项：
• Description：描述信息
• After：定义unit的启动次序，表示当前unit应该晚于哪些unit启动，其功能与
  Before相反
• Requires：依赖到的其它units，强依赖，被依赖的units无法激活时，当前unit
  也无法激活
• Wants：依赖到的其它units，弱依赖
• Conflicts：定义units间的冲突关系
• Service段的常用选项：
  • Type：定义影响ExecStart及相关参数的功能的unit进程启动类型

simple #默认值，这个daemon主要由ExecStart接的指令串来启动，启动后常驻于内存中 
forking #由ExecStart启动的程序透过spawns延伸出其他子程序来作为此daemon的主要服务。原生父程序在启动结束后就会终止 
oneshot #与simple类似，不过这个程序在工作完毕后就结束了，不会常驻在内存中 
dbus #与simple类似，但这个daemon必须要在取得一个D-Bus的名称后，才会继续运作.因此通常也要同时设定BusNname= 才行 
notify #在启动完成后会发送一个通知消息。还需要配合 NotifyAccess 来让Systemd接收消息 
idle #与simple类似，要执行这个daemon必须要所有的工作都顺利执行完毕后才会执行。这类的daemon通常是开机到最后才执行即可的服务  

• EnvironmentFile：环境配置文件

• ExecStart：指明启动unit要运行命令或脚本的绝对路径

• ExecStartPre： ExecStart前运行

• ExecStartPost： ExecStart后运行

• ExecStop：指明停止unit要运行的命令或脚本

• Restart：当设定Restart=1 时，则当次daemon服务意外终止后，会再次自动启动此服务

• Install段的常用选项：

Alias #别名，可使用systemctl command Alias.service 
RequiredBy #被哪些units所依赖，强依赖 
WantedBy #被哪些units所依赖，弱依赖 
Also #安装本服务的时候还要安装别的相关服务 

• 注意：对于新创建的unit文件，或者修改了的unit文件，要通知systemd重载此配置文件,而后可以选择重启
  systemctl daemon-reload

服务Unit文件示例

• 1.vim /etc/systemd/system/bak.service

[Unit] 
Description=backup  /etc 
Requires=atd.service 
[Service] 
Type=simple 
ExecStart=/bin/bash -c "echo /testdir/bak.sh|at now" 
[Install] 
WantedBy=multi-user.target 

• 2.systemctl daemon-reload
• 3.systemctl start bak
• vim /etc/systemd/system/tomcat.service

[Unit] 
Description=java tomcat project 
After=tomcat.service 
[Service] 
Type=forking 
User=users 
Group=users 
PIDFile=/usr/local/tomcat/tomcat.pid 
ExecStart=/usr/local/tomcat/bin/startup.sh 
ExecReload=ExecStop=/usr/local/tomcat/bin/shutdown.sh 
PrivateTmp=true   
[Install] 
WantedBy=multi-user.target 

运行级别

• target units：
  unit配置文件：.target
  ls /usr/lib/systemd/system/*.target
systemctl list-unit-files --type target --all
• 运行级别：

0  ==> runlevel0.target, poweroff.target 
1  ==> runlevel1.target, rescue.target 
2  ==> runlevel2.target, multi-user.target 
3  ==> runlevel3.target, multi-user.target 
4  ==> runlevel4.target, multi-user.target 
5  ==> runlevel5.target, graphical.target 
6  ==> runlevel6.target, reboot.target 

• 查看依赖性
  systemctl list-dependencies graphical.target

• 级别切换：init N ==> systemctl isolate name.target

  • eg:systemctl isolate multi-user.target

• 注：只有/lib/systemd/system/*.target文件中AllowIsolate=yes 才能切换(修改文件需执行systemctl daemon-reload才能生效)

• 查看target：
  runlevel
who -r
systemctl list-units --type target1

• 获取默认运行级别：
  /etc/inittab ==> systemctl get-default

• 修改默认级别：

/etc/inittab ==> systemctl set-default name.target 
systemctl set-default multi-user.target 
ls –l /etc/systemd/system/default.target 

• 切换至紧急救援模式：
  systemctl rescue
• 切换至emergency模式：
  systemctl emergency
• 传统命令init，poweroff，halt，reboot都成为systemctl的软链接

关机:systemctl halt、systemctl poweroff 
重启:systemctl reboot 
挂起:systemctl suspend 
休眠:systemctl hibernate 
休眠并挂起:systemctl hybrid-sleep 

八.centos7启动及排错

• CentOS 7 引导顺序

UEFi或BIOS初始化，运行POST开机自检 
选择启动设备 
引导装载程序, centos7是grub2 
加载程序的配置文件： 
    /etc/grub.d/   
    /etc/default/grub  
    /boot/grub2/grub.cfg 
加载initramfs驱动模块 
加载内核选项 
内核初始化，centos7使用systemd代替init  
执行initrd.target所有单元，包括挂载/etc/fstab 
从initramfs根文件系统切换到磁盘根目录 
systemd执行默认target配置，配置文件/etc/systemd/system/default.target 
systemd执行sysinit.target初始化系统及basic.target准备操作系统 
systemd启动multi-user.target下的本机与服务器服务 
systemd执行multi-user.target下的/etc/rc.d/rc.local 
Systemd执行multi-user.target下的getty.target及登录服务 
systemd执行graphical需要的服务 

设置内核参数，只影响当次启动

• 启动时，在linux16行后添加systemd.unit=desired.target
  systemd.unit=emergency.target
systemd.unit=rescue.target

• rescue.target比emergency支持更多的功能，例如日志等

• systemctl default 进入默认target

• 启动排错

• 文件系统损坏

  • 先尝试自动修复，失败则进入emergency shell，提示用户修复

• 在/etc/fstab不存在对应的设备和UUID

  • 等一段时间，如不可用，进入emergency shell

• 在/etc/fstab不存在对应挂载点

  • systemd尝试创建挂载点，否则提示进入emergency shell.

• 在/etc/fstab不正确的挂载选项

  • 提示进入emergency shell

破解CentOS7的root口令方法一

1.启动时任意键暂停启动 
2.按e键进入编辑模式 
3.将光标移动linux16开始的行，添加内核参数rd.break 
4.按ctrl-x启动  
5.mount –o remount,rw  /sysroot 
6.chroot /sysroot 
7.passwd root 
8.touch /.autorelabel 
9.exit 
10.reboot 

破解CentOS7的root口令方法二

1.启动时任意键暂停启动 
2.按e键进入编辑模式 
3.将光标移动linux16开始的行，改为rw init=/sysroot/bin/sh 
4.按ctrl-x启动  
5.hchroot /sysroot 
6.passwd root 
7.touch /.autorelabel 
8.exit 
9.reboot 

修复GRUB2

GRUB“the Grand Unified Bootloader” 
    引导提示时可以使用命令行界面 
    可从文件系统引导 
主要配置文件 /boot/grub2/grub.cfg 
修复配置文件 
    grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg 
修复grub 
    grub2-install /dev/sda  BIOS环境 
    grub2-install  UEFI环境 
调整默认启动内核 
    vim /etc/default/grub 
    GRUB_DEFAULT=0