Linux系统启动详解

系统启动流程:

    POST --> BIOS(Boot Sequence引导次序) --> MBR(bootloader,446byte) --> Kernel --> initrd(initramfs) --> (ROOTFS) --> /sbin/init(/etc/inittab)


内核设计风格：

    单内核：

        所有功能都在一个内核中。Linux采用单内核，但是采用了微内核的设计思想。LWP（轻量级进程 light weight pprocess）。


        核心：

            /boot/vmlinuz-verison

                动态加载ko（kernel object 内核专用模块）。


        内核模块（ko）：/lib/modules/KERNELVER/

            常见的装载内核模块命令：

                #insmod

                #modprobe



    微内核：

        把其他功能做成子内核。Windows Solaris。真正意义上的多线程。


内核提供的功能：

    文件系统

    进程管理

    内存管理

    网络管理

    安全功能

    驱动程序


内核初始化过程：

    1.设备探测。

    2.驱动初始化

        可能从initrd（initramfs（RHEL6））件中装载驱动模块。

    3.以只读模式挂载根文件系统（rootfs）。

    4.装载用户空间内第一个进程init（PID=1）


initrd：

    一个中间层系统，在系统启动是提供必要的基本驱动，生成一个临时根，为内核提供访问真正根文件系统所需要的基本驱动程序。待内核成功挂载根文件系统后，会把临时根下的 /proc、 /sys、/dev移动到真的根下。


    ramdisk --> initrd RHEL5 把内存模拟成磁盘使用。

    ramfs --> initramfs RHEL6 把内存模拟成磁盘使用。


    #chroot TEMPROOTDIR [COMMAND] 临时切换为根目录

        例如：

            #chroot /tmp/virroot /bin/csh


    #ldd FILE 显示二进制文件所依赖共享库。



init:

    系统启动的第一个进程。

    bin文件路径：

        /sbin/init


    配置文件：

        /etc/inittab

            每一行记录一个要启动或运行的服务（进程）。

            设定的任务：

                1.设定默认运行级别。

                2.运行系统初始化脚本。

                    /etc/rc.d/rc.sysinit

                3.运行指定运行级别对应目录下的下的服务类脚本。

                    /etc/rc.d/init.d

                    /etc/rc.d/rcNUM.d

                    /etc/rc.d/rc.local 最后执行。

                4.设定ctrlaltdel组合键的动作。

                5.定义ups电源在电源故障或恢复是执行的操作。

                6.启动虚拟终端（level为2345）。

                    1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1

                    ...


                7.启动图形终端（level为5）。


            每行结构如下：

                id:runlevels:action:process


                id：标示。

                runlevels：在哪个级别运行。

                action：在什么事件下执行。

                    initdefault 设定默认运行级别。

                    sysinit 系统初始化。

                    wait 级别切换至此级别时执行。

                    ctrlaltdel 重启。

                    powerfail 电源失效。

                    powerokwait 电源失效后至关机前电源恢复。

                    respawn 一旦程序终止会重新启动。


                process：要运行的程序。


            运行级别：

                各个级别区别在于启动的服务不同。

                0：halt

                1：single user mode

                    直接怡管理员身份登录，无需验证。

                2：mulit user mode no NFS

                    不启动NFS功能

                3：mulit user mode text mode

                    命令行模式

                4：reseved

                    保留级别，暂时未定义。

                5：mulit user mode graphic mode

                    图形模式

                6：reboot


            运行级别的设定：

                修改/etc/inittab


            查看运行级别：

                #runlevel

                    LSATLEVEL THISLEVEL

                其中LASTLEVEL表示上一个级别，N表示没切换过。THISLEVEL表示当前级别。


                #who -r


        /etc/init/*.conf

            该目录下的文件是把inittab文件进行切片后产生的许多.conf文件。都是基于事件驱动编写的。


/etc/rc.d/rc.sysinit

    完成的任务：

    1.激活udev和selinux。

    2.根据/etc/sysctl.conf文件来设定内核参数。

    3.设定系统时钟。

    4.装载键盘映射。

    5.启用swap分区。

    6.设置主机名hostname。

    7.根文件系统检测，并且在无错误以后以读写方式重新挂载。

    8.初始化外围硬件设备的驱动，例如RAID和LVM设备。

    9.启动磁盘配额。

    10.根据/etc/fstab，检查并挂载其他文件系统。

    11.清理过期的锁(/proc/lock)和PID文件。



/etc/rc.d/init.d/*

    服务类脚本，SysV风格，存放在/etc/rc.d/init.d下。有一个链接文件/etc/init.d指向/etc/rc.d/init.d。


    脚本至少接受以下参数：

        start|stop|restart|status

    reload|configtest


    脚本共有特性：

        #chkconfig: RUNLEVELS SS KK

            RUNLEVELS 启动级别

                RUNLEVELS可以用-表示没有级别默认为SNUM开头的链接，即全部都是KNUM开头的链接。


            SS 启动的优先级

            KK 关闭的优先级


            当使用chkconfig命令为此脚本在rcNUM.d目录创建链接时，RUNLEVEL表示默认创建为SNUM开头的文件，除此之外的级别均默认创建为KNUM开头的链接。S后边的启动优先级为SS所表示的数字，K后边的关闭优先级次序为KK所表示的数字。一般SS+KK=99。


        #description: DESCRIPTIONS

            描述信息，用户说明此脚本的简单功能。可以使用\进行续行。





/etc/rc.d/rc.local

    /etc/rc.d/rcNUM.d/S99local和/etc/rc.local都是其链接。

    在系统启动最后执行的服务，准确说应该是脚本。不方便定义为服务等命令都可以在其中写入，在用户登录前执行。


系统启动过程详解：

    bootloader（MBR）

        LILO：LInux LOader

            不能引导1024分区后的内核。不支持大硬盘，但是适合于嵌入式系统。


        GRUB：GRand Unified Bootloader

            stage1：装在MBR中。目的是为了引导stage2。


            stage1.5：用来识别常见的文件系统。


            stage2：位于内核所在分区。/boot/grub/。


GRUB：

    /etc/grub.conf

        grub配置文件。是链接文件，指向/boot/grub/grub.conf

        主要内容如下：

            default=0

                设定默认启动的title编号，编号从0开始。


            timeout=5

                等待选择超时时间。单位是秒。


            splashimeage=(hd0,0)/grub/palash.xmp.gz

                指定grub背景图片。


            hiddenmenu

                是否隐藏菜单。


            password --md5 PASSWORD

                设定GRUB的编辑的密码。可以使用grub-md5-crypt来生成加密的密码。



            title TITLENAME

                内核标题或者是OS的名称，可自由修改。

                root (hdDISKNUM,PARTNUM)

                    指定内核文件所在的设备和分区。对grub而言，所有硬盘一律显示为为hd。DISKNUM表示磁盘序号，PARTNUM表示分区序号。


                kernel KERNEL CMDLINE

                    指定kernel路径即传递给内核的参数。参数文件可以在/proc/cmdline中看到。


                initrd INIDRD

                    指定initrd路径。


                password PASSWORD 启动内核或OS的密码。


    修复grub：

        安装grub stage1：

            #grub

                grub> root (hdDISKNUM,PARTNUM) 指定内核所在的磁盘和分区。

                grub> setup (hdDISKNUM) 在指定的硬盘上安装grub。

                grub> quit


            #fdisk DEVICE

                /dev/PART1 用来做boot

                /dev/PART2 用来做sysroot


            #mkdir /DIR/boot

            #mount /dev/PART1 /DIR/boot

            #grub-install --root-directory=/DIR DEVICE

                此种方式要保证把内核文件所在分区挂载在/boot上。grub只要指定/boot所在的父目录就能自动找到/boot

                。

            #vim /DIR/boot/grub.conf


        grub.conf文件丢失：

            开机进入grub后操作。

            grub> find (hdDISKNUM,PARTNUM)/

                按tab键会显示出相关文件。

            grub> root (hdDISKNUM,PARTNUM)

            grub> kernel /KERNEL

            grub> initrd /INITRD

            grub> boot



#mingetty [OPTION] 启动终端

    [OPTION]

        --loginprog=/bin/login 启动中断后执行的程序。默认为/bin/login。


#agetty [OPTION] PROT BAUDRATE  替代getty命令。

    [OPTION]

        -l LOGIN PROGRAME 指定登陆程序

        -n 不需要用户输入用户名。不需要用户输入登录信息。配合-l一起使用。


    例如：

        #agetty -l /bin/bash 38400  登陆bash并将波特率设定为38400。



#stty [OPTION] DEVICE SETTING 改变和显示终端设备。

    [OPTION]

        -F --file=DEVICE 打开并使用指定的设备

    SETTING：

        size 显示行（rows）列（columns）数。

        speed 显示终端速率。

    例如：

        #stty -F /dev/console size 物理终端

            25 80 25行80列。

        #stty -F /dev/console speed

            38400 每秒38400个字符    


#chkconfig [OPTION]

    指定SysV风格脚本，自动在/etc/rcNUM.d下创建链接。

    [OPTION]

        --list SERVICE  列出所有独立守护进程的启动设定。不加参数显示所有设定。


        --add SERVICE

            自动创建链接，将SERVICE添加到chkconfig控制的服务列表中。下次系统启动生效。


        --del SERVICE

            删除SERVICE所有链接文件。


        --level [RUNLEVELS] SERVICE on|off

            指定级别为RUNLEVELS，SERVICE启动或关闭。对于瞬时守护进程不需要指定RUNLEVLES。RUNLEVELS可以省略，省略默认为2345级别。




守护进程的类型：

    独立守护进程


    瞬时守护进程

        不需要关联至运行级别。

        xinetd：超级守护进程。管理所有瞬时守护进程。本身也是独立守护进程，启动和停止需要关联runlevel。
            瞬时守护进程平时不启动是无法监听端口，是交给超级守护进程监听的。一旦收到请求，超级守护进程会启动对应的进程，转交端口给进程完成工作。完成工作后，超级守护进程继续监听端口。