Linux系统启动流程

POST（加电自检）-->bootsequence（引导次序，BIOS）-->Boot Loader（MBR）-->Kernel+ramdisk（临时根，initrd，initramfs）-->mount rootfs（根切换）-->/sbin/init（配置文件，CentOS 5:/etc/inittab, CentOS6 /etc/init/*.conf）

设置默认运行级别-->指定系统初始化脚本-->初始化额外的硬件设备并加载驱动程序-->启动（关闭）服务（/etc/rc.d/rc#.d，/etc/rc.d/init.d/）-->/etc/rc.d/rc.local-->设置CtrlAltDel组合的功能-->启动终端（mingetty），并在终端附加登录程序（login）-->如果级别为5，则要启动X server；

一、POST加电自检：

  当我们打开计算机电源，计算机首先会读取BIOS信息，BIOS中记录了CPU、内存、设备启动序列、硬盘等信息；然后对系统启动关键硬件设备进行检测，如果出现严重故障则停机；如果是一般故障，会发出报警提示，等待故障清楚；如果没有故障，加电自检完成。

  BIOS（Basic Input Output System）是保存于主板CMOS芯片中的程序代码；

  CMOS（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）：是主板上的ROM芯片；

二、获取引导次序，读取MBR：

  加电自检完成之后：CPU会读取BIOS信息中的设备启动序列，按照次序引导，按次序找引导设备，第一个有引导程序（MBR）的设备即为启动PC server所用到的设备；

 

  可作为启动设备：光驱，便携式移动设备，硬盘，网卡（系统引导，PXE）

    PXE实现系统引导：DHCP，tftp(kernel+ramdisk)

  MBR（主引导记录，Master BootRecord）：

  MBR位于磁盘的0磁道0扇区，占用512个字节：

446bytes：Boot Loader，主程序；
64bytes：PartitionTable，硬盘分区表，每16bytes标记一个分区，一共4分区；3个主分区，1个扩展分区，扩展分区还可以划分为若干个逻辑分区；
2bytes：MBR有效性标记；

三、Boot Loader：

  操作系统内核运行之前的一段小程序，选择要启动的内核（在当前磁盘的某或某些分区上）；

1、Boot Loader比较常见的有GRUB和LILO：

LILO：LInux Loader
  0-1023范围内的柱面构成的分区的内核文件，通常应用与嵌入式计算机；
GRUB：GRand Unified Bootloader
  CentOS 5&6：Grub 0.97
  CentOS7：Grub2 1.96

2、GRUB：GRand Unified Bootloader

  1）、grub程序由两段组成：

    

stage1：位于MBR中(0柱面 0磁道 1扇区)；
stage1_5：位于MBR随后的扇区；
stagr2：读取grub.conf配置文件，并实现引导功能的扩展；

   grub目录和配置文件位置：

  2）、grub的功能：

1、提供菜单，并提供交互式接口；
  e：进入编辑模式；
  a：直接修改内核参数；
  c：进入grub命令行模式；
2、允许用户选择要启动的内核或系统；
  允许传递引导参数给内核；
  选择界面可隐藏；
3、为编辑功能提供保护机制；
  启用内核文件：选择运行制定的内核需要先输入密码；
  传递参数：使用e命令需要先输入密码；

 

    在菜单选择倒计时界面按任意键进入grub菜单：

    按e键进入编辑菜单可以看到kernel和initrd：

  3）、grub命令行接口：

>root(DEVICE)：指定哪个分区为接下来要启动的系统或内核文件所在的分区；
  所有硬盘都识别为hd；
 不同的硬盘基于数字标识：如hd0,hd1等；
 同一个硬盘上的不同分区，也使用数字标识，如hd0,0 hd1,5；
 
>find(DEVICE)/path/to/file：查找文件
 
>kernel：指定要运行的内核文件；
>initrd：为要运行的内核指定其可用的ramdisk文件；
 
>boot：启动此前配置好的内核或系统；

 

  按c键进入grub命令行接口：

  4）、配置文件grub.conf：

    文件位置：/boot/grub/grub.conf

  参数：

default=：选择第几个title配置的内核或系统，各title从0开始编号；
timeout=#：菜单显示的超时时长；
splashimage=/path/to/some_image_file：指定菜单的背景图片；此图片只能为14bits色，xpm格式，gzip压缩；
hiddenmenu：隐藏菜单
titleTILTE STRING：显示于菜单中的标题；
root：指定引导分区；
kernel：指定kernel位置；
initrd：指定initramfs位置；

  在grub菜单按a键可在内核加载前编辑内核参数：

  常用参数：

single：单用户模式启动；

  5）、grub保护机制：

1、生成密码：
  #grub-md5-crypt
2、保护编辑功能，则需要title之外的添加：
  #password--md5 密码串
3、保护使用某内核，则需要内核对应的title之下添加：
  #password--md5 密码串

  6）、安装grub的方式：

使用grub-install命令：
  #grub-install [--root-directory=/path/to/somewhere] DEVICE
    --root-directory=/path/to/somewhere

  /path/to/somewhere：内核及initrd文件所在的分区的挂载点的父目录，且此挂载点必须叫boot；

例如：/dev/sdb1:/mnt/boot
  #grub-install --root-directory=/mnt /dev/sdb

 

四、kernel+ramdisk：

  根据grub设定的内核映像所在路径，系统读取内核文件，并进行解压缩操作；系统将解压缩后的内核放在内存中，完成内核自身初始化；探测所能识别的硬件设备，并加载驱动程序，完成核心环境建立；

  要读取内核文件必须访问根文件系统要加载根文件系统所在的设备，而此时根文件系统没有挂载，要挂载根文件系统需要根文件系统所在设备的驱动程序。为解决这个问题，grub在加载内核同时，也把ramdisk加载到内存中并运行；

  展开ramdisk镜像文件：

  ramdisk在内存中表现为一个虚拟根文件系统initfs，里面有如同Linux根目录下的bin、sbin、dev、etc、lib、proc、usr、var、tmp等目录；initfs将内核与真实根建立联系，内核通过initfs加载驱动程序，然后进行根切换，挂载真实根目录；至此内核加载完成；

1、kernel：

  内核的功能：进程管理、文件系统、硬件驱动（在内核模式下运行）、内存管理、安全功能（SELinux）、网络子系统；

  1）、内核设计流派：

单内核体系结构：
  linux：支持模块化，模块可以动态装卸载
  linux内核：核心+外围模块
    核心：/boot/vmlinux-VERSION-release
    模块：/lib/modules/VERSION-release
      .ko：kernel object
    ramdisk：/boot/initramfs-VERSION-release.img
      在内核启动过程中装载根文件系统时有用；模块间有可能存在依赖关系；
微内核体系结构：
  windows、solaris

  2）、内核的某些功能：

编译进内核本体 [*]
编译成内核模块 [M]
不选择使用     [ ]

 

  3）、内核模块管理：

#lsmod：显示内核已装载模块
 
动态装卸载模块：
  #modprobe -rMOD_NAME：卸载；
  #modprobe MOD_NAME：装载；

  #insmod/path/to/module_file：装载；
  #rmmod MOD_NAME：卸载；

查看某模块的详细信息：
  #modinfo MOD_NAME
                                    
检查并生成模块间依赖关系的命令：
  #depmod

2、ramdisk：

CentOS 5：SysV，init；/etc/inittab--> /etc/rc.d/rc.sysinit；
CentOS 6：upstart，init；/etc/init/*.conf（/etc/inittab） --> /etc/rc.d/rc.sysinit
  #chkconfig

CentOS 7：systemd， init；/usr/lib/systemd/system/；借鉴MAC OS X；
  #systemctl

 

五、/sbin/init：

  内核加载完成之后，第一个运行的程序就是/sbin/init，该文件会先读取/etc/init/rcS.conf文件：

设定系统运行级别：

0-6:7个运行级别：
  0：关机；
  1：single usermode，single，s，S，不启动网络功能，不启动用户认证，单用户模式（维护模式）；
  2：multi usermode，不支持NFS功能；
  3：完全多用户模式，文本接口，不启动图形界面；
  4：未使用；预留级别；
  5：完全多用户模式，图形接口；
  6：重启；

#init：切换运行级别；

 

 

六、/etc/rc.d/rc.sysinit：系统初始化脚本

查看/etc/rc.d/rc.sysinit文件部分内容：

初始化设置流程：

设定主机名：读取/etc/sysconfig/network文件中的HOSTNAME参数，并以之设定主机名；
打印文本欢迎信息：
激活SELinux和udev；
挂载/etc/fstab文件中定义的其他文件系统；
激活swap；
检测根文件系统，并以读写方式重新挂载；
设置系统时钟；
根据/etc/sysctl.conf设置内核参数；
激活LVM和RAID设备；
加载额外设备的驱动程序；
清理操作；

七、启动内核模块：

  依据/etc/modprobe.d/*.conf文件装载内核模块：

八、执行指定运行级别的脚本程序：

  /etc/rc.d/rc#.d/：启动指定的默认级别的默认为启动的服务，停止指定的级别下默认为关闭的服务；

  查看/etc/rc.d/rc3.d/目录：

1、目录中为链接文件指向服务脚本：

S##：默认启动的服务；
K##：默认停止的服务；
##：01-99，数字越小，越优先启动或关闭；
  先启动的后关闭（自动解决依赖关系）；

2、chkconfig：创建或改变连接文件；

#chkconfig --add SRV_SCRIPT：创建；
#chkconfig --del SRV_SCRIPT：删除；
#chkconfig SRV_SCRIPT {on|off}：开机自动{启动|关闭}；
  默认为2345级别；
  --level######

脚本如果期望能够被chkconfig命令使用，要在脚本中添加如下行：
  #chkconfig:- 85 15
    -：当此脚本由chkconfig控制时，默认哪些级别就是开启的；
    85：启动优先级；
    15：关闭优先级；

 

九、/etc/rc.d/rc.local：

  是一个脚本，通常为系统启动完成的最后运行一个脚本；

    定义一些组合键的功能：通常是Ctrl+Alt+Delete；

    初始化字符终端；

    如果有需要，启动图形终端；

十、/bin/logon：

  登陆程序：显示登陆提示符，等待用户输入username和passwd；

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