系统启动流程

CentOS系统启动流程

    Linux系统的组成部分：内核+根文件系统
        内核：进程管理、内存管理、网络协议栈、文件系统、驱动程序、安全功能
            IPC：Inter Process Communication
                消息队列、semerphor、shm（共享内存）
                socket（跨主机的通讯，套接字。）
       运行中的系统环境分两层：内核空间，用户空间。
           用户空间：运行应用程序（进程或线程）
           内核空间：运行内核代码（系统调用）---文件系统运行在内核空间。

   内核设计流派：
        单内核设计：把所有功能集成于同一个程序；
            Linux使用单内核。
        微内核设计：每种功能使用一个单独的子系统实现；
            Windows, Solaris

    Linux内核特点：
        支持模块化：可以把其中重要的和不重要的，必须的和不必须的功能，划分为一个个模块。一般叫  .ko（kernel object）
        动态装、卸载：

        模块里面是一些驱动程序。


    内核组成部分：内核我文件、模块文件。
                核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release -----使用 uname -r 查看。
                ramdisk：
                    CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img----当做磁盘
                    CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img---当做文件系统（避免双缓存，避免双缓冲，提高效率）
                模块文件：/lib/modules/VERSION-release ------使用 ls /lib/modules 查看。

     内核要驱动根文件系统，则要先加载根文件系统的驱动，这个驱动根文件系统的驱动叫，临时根文件系统ramdisk。


CentOS系统启动流程：
           第一步  POST ：加电自检---开机时自动检查计算机的各种硬件是否存在。
           第二步  Boot Sequence：
                   按次序查找各引导设备，第一个有引导程序的设备即为本次启动要用到的设备 叫  bootloader。  
                   bootloader：引导加载器，程序。
                    对于Linux的bootloader叫grub。
                       GRUB 0.X：Grub Legacy   CentOS 5
                            GRUB 1.X：Grub2    CentOS 6、7

                    grub功能：提供一个菜单，允许用户选择要启动的系统或不同的内核版本； 把用户选定的内核装载到RAM中的特定空间中，解压、展开，而后把系统控制权移交给内核；
                  MBR：Master Boot Record
                    512bytes：
                        446bytes：bootloader
                        64bytes：fat ---分区表
                        2bytes：55AA
                        
                   GRUB：
                      bootloader：1st stage
                      Partition：filesystem driver, 1.5 stage
                      Partition：/boot/grub, 2nd stage


          Kernel：
                
    第三部：加载内核
            自身初始化：
               1、探测可识别到的所有硬件设备；
               2、加载硬件驱动程序；（有可能会借助ramdisk加载驱动）
               3、以之读方式挂载跟文件系统；
               4、运行用户空间的第一个应用程序:/sbin/init
               init程序的类型：
                 CentOS 5 :SysV init   在/etc/inittab
                 CentOS 6 :Upstart     在/etc/init/*.conf
                 CentOS 7 :Systemd     在/usr/lib/systemd/system/, /etc/systemd/system/

    ramdisk的解释，以及运行级别              

             ramdisk：在装系统完成后，探测当前硬件设备机制动态创建的。
             ramdisk：把内存内的某一段空间当磁盘用，创建一个临时的跟文件系统来 启动跟文件系统。    
             Linux内核的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问。
             ramdisk--->ramfs(换成文件系统，这是一种提速机制）。
             ramdisk对于CentOS 5 、6 、7 的区别：
             CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img
                      initrd此文件是由工具创建的--mkinitrd
             CentOS 6 、7：/boot/initramfs-VERSION-release.img
                      initramfs此文件是由工具创建的---dracut
 
                      CentOS 5 : SysV init
                      运行级别---为系统的运行级别说维护等目的而设置的机制。
                      0-6：7个级别
                        0：关机
                        1：单用户模式（single user）指的是root用户，无需认证，维护模式
                        2：多用户模式（multi user）会启动网络功能，但不会启动NFS，维护模式
                        3：多用户模式（multi user）完全功能模式，只会文本界面，不会激活桌面系统。
                        4：预留模式，目前无使用目的，但习惯以同3级别功能使用
                        5：多用户模式（multi user）完全功能模式，启动图形界面（桌面系统）
                        6：重启，reboot
                   默认级别：3  5  （服务器用3，个人有5）
                   级别切换：init#
                   级别查看：who -r
                             runlevel
总结：系统初始化流程（内核级别）：POST-->Boot Sequence-->bootloader(MBR)-->Kernel(ramdisk来完成跟文件系统的启动)-->rootfs(readonly)-->/bin/init


       init要运行通过 配置文件：/etc/inittab

                  （CentOS 5 ）每一行定义一种action（操作）以及与之对应的process

                  id:runlevels:action:process

                  id:一个任务的标识符
                  runlevels:在哪些级别启动此任务，#，###也可为空，表示所有级别
                  action:在什么条件下启动此任务
                  process：任务
                  action：
                  wait:等待切换至此任务所在的级别时执行一次
                  respawn:此任务终止时，就自定重新启动
                  initdefault:设定默认级别，此时，process省略
                  sysinit:设定系统初始化方式，此处一般为指定/etc/rc.d/rc.sysinit脚本

                        例如：
                            id:3:initdefault:
                            si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
                            
                            l0:0:wait:/etc/rc.d/rc  0

                            l1:1:wait:/etc/rc.d/rc  1
                            …………
                            l6:6:wait:/etc/rc.d/rc  6
                                意味着去启动或关闭/etc/rc.d/rc3.d/
                                k*: 要停止的服务，k##*,优先级，数字越小越先关闭，依赖服务的服务先关闭
                                s*：要开始的服务，s##*,优先级，数字越小越先启动，依赖服务的服务先启动
        rc脚本：接受一个运行级别数字为数字
            rc脚本作用：但级别切换时会用于启动或停止任务。
            脚本框架：
            for  srv  in  /etc/rc.d/rc#.d/K*; do
                    $srv  stop
            done
                                        
                for  srv  in  /etc/rc.d/rc#.d/S*; do
                    $srv  start
            done
                                        
            /etc/init.d/* (/etc/rc.d/init.d/*)所有的服务脚本所在地：
            # /etc/init.d/SRV_SCRIPT  {start|stop|restart|status}
            # service  SRV_SCRIPT   {start|stop|restart|status}

chkconfig命令：管控/etc/init.d/每个服务脚本在各级别下的启动或关闭状态；
            chkonfig  --list   查看级别的开启关闭状态。
            chkonfig  --add  name:添加
              能被添加的脚本格式：
               chkonfig：LLL  NN  NN
                LLL:正在运行的级别
                NN:启动优先级
                NN:关闭优先级
            chkonfig  --del  name:删除
            修改指定的连接类型：
              chkconfig  [--level  LEVELS]  name  <on|off|reset>
                --level LEVELS：指定要控制的级别；默认为2345；
               注意：正常级别下，最后启动的一个服务S99local没有链接至/etc/init.d下的某脚本，而是链接至了/etc/rc.d/rc.local （/etc/rc.local）脚本；因此，不便或不需写为服务脚本的程序期望能开机自动运行时，直接放置于此脚本文件中即可。

系统初始化脚本：/etc/rc.d/rc.sysinit
                            (1) 设置主机名；
                            (2) 设置欢迎信息；
                            (3) 激活udev和selinux；
                            (4) 挂载/etc/fstab文件中定义的所有文件系统；
                            (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) 根据/etc/sysctl.conf文件来设置内核参数；
                            (8) 激活lvm及软raid设备；
                            (9) 激活swap设备；
                            (10) 加载额外设备的驱动程序；
                            (11) 清理操作；

总结（用户空间的启动流程）：/sbin/init(/etc/inittab)
        设置默认运行级别 --> 运行系统初始化脚本，完成系统初始化 --> 关闭对应级别下需要停止的服务，启动对应级别下需要开启的服务--> 设置登录终端 [--> 启动图形终端]
            CentOS     6:    
                init程序：upstart，但依然为/sbin/init，其配置文件：
                    /etc/init/*.conf, /etc/inittab（仅用于定义默认运行级别）
                    
                        注意：*.conf为upstart风格的配置文件；
                            
                        rcS.conf:系统初始化脚本
                        rc.conf：启动或关闭服务
                        start-tty.cof:


            CentOS     7:    
                   init程序：systemd,配置文件：/usr/lib/systemd/system/*,  /etc/systemd/system/*
                    
                    完全兼容SysV脚本机制；因此，service命令依然可用；不过，建议使用systemctl命令来控制服务；
                
                    # systemctl  {start|stop|restart|status}  name[.service]


 CentOS启动流程：POST --> Bootloader(BIOS, MBR) --> Kernel(initrd) --> rootfs --> switch_root --> /sbin/init-->设置默认运行级别 --> 运行系统初始化脚本，完成系统初始化 --> 关闭对应级别下需要停止的服务，启动对应级别下需要开启的服务--> 设置登录终端 [--> 启动图形终端]

内核文件：/boot/vmlinuz
内核模块（磁盘的加载驱动程序）：/lib/modules
虚拟文件系统（ramdisk）:一般使用的文件名为/boot/initrd
执行等级（runlevel）：/etc/inittab
运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init
自定义开机启动程序：/etc/rc.d/rc.local
每个服务脚本在各级别下的启动或关闭状态：/etc/init.d/（chkconfig来查看）
系统初始化脚本：/etc/rc.d/rc.sysinit