Linux之Centos系统的启动流程

概述

了解系统的启动流程，有助于我们了解Linux系统上的一些工作原理，有助于我们深入的理解一个系统的运作方式，那么本篇就以CentOS6系统为例，介绍一下有关Linux系统启动相关的内容，分为一下几个部分1、Linux系统的一些基础概念2、CentOS6上的启动流程概述

第一章 Linux系统的一些基础概念

Linux系统的组成部分:内核(kernel)+根文件系统(rootfs)rootfs:程序和glibc(GNU发布的libc库)

库:
函数集合,function,调用接口(头文件负责描述)
过程调用:procedure,无返回值
函数调用:function

程序:二进制执行程序

内核:进程管理、内存管理、网络协议栈、文件系统、驱动程序、安全功能进程的通信

IPC:Inter Process Communication
消息队列、semerphor、shm(共享内存):本地的通信机制
ocket:跨主机的通信机制

运行中的系统环境可分为两层:内核空间、用户空间

用户空间:应用程序(进程或线程)
内核空间:内核代码(系统调用)

内核设计流派:

`单内核设计:把所有的功能集成与同一个程序;`
Linux
`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: .ko(kernel object)`
如:文件系统,硬件驱动,网络协议等
`支持模块运行时动态装载或卸载;`

启动分区:/bootrootfs:遵循FHS目录结构

如:/bin ,/sbin./lib,/etc,/etc,/proc,/sys,/dev,/boot

组成部分:

核心文件:/boot/vmlinuz-VERSION-release
在www.kernel.org的官方站点有各种内核版本
mainline:开发版本
stable:稳定版本
longterm:长期维护版本

ramdisk(辅助的伪根系统):系统在启动时,根文件系统一定是在某个磁盘分区上,而内核如果没有编译该文件系统的相关驱动,就会导致系统无法正常启动;并且内核需要夹在的各种模块文件,其都在/lib/modules/目录下,此目录也必然是在根目录下,而根无法驱动,也会造成模块无法正常运行,进而不能进入系统.此时ramdisk的作用就体现出来,因为ramdisk是在/boot目录下,/boot目录是有grub的1.5阶段进行驱动的,它的作用就是一个伪根系统,内核在启动之后会驱动他到内存中,来对系统中的相关驱动和模块进行启动和运行,等待所有任务执行之后就会切换给真正磁盘根目录.

Centos5:/boot/initrd-VERSION-release.img
Centos 6,7:/boot/initramfs-VERSION-release.img
模块文件:/lib/modules/VERSION-release
如果安装了多个内核版本，则对应的目录下就有多个文件，或多个目录

第二章 Centos系统的启动流程

POST(Power On Self Test):加电自检;

自检主要是检测一下硬件设备是否存在并且正常运行;这些自检的功能是有一个软件程序来实现的,这个软件程序就是BIOS;
ROM:CMOS
BIOS:Basic Input and Output System
BIOS即基本输入输出系统,他是装载与一个硬件芯片CMOS之上.
ROM+RAM

Boot Sequence(MBR):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;
bootloader:引导加载器,程序;

linux:
LILO:LInux LOader
GRUB:Grand Uniform Bootloader
GRUB 0.X:Grub legacy
GRUB 1.X:Grub2
功能:提供一个菜单,允许用户选择要启动的系统或不通的内核版本;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
2bytes:55AA

GRUB:
bootloader(MBR): 1st stage
Partltion:filesystem driver;1.5 stage
Partltion:/boot/grub;2nd stage

注意:UEFI,GPT

Kernel:
自身初始化:
探测可识别到的所有硬件设备;
加载硬件驱动程序;(有可能会借助于ramdisk加载驱动)
以只读方式挂载跟文件系统;
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
配置文件:/etc/inittab
每行定义一种action以及与之对应的process
id:runlevels:action:process
id:一个任务的标识符;
runlevels:在哪些级别下启动此任务;(#,###,也可以为   空,表示所有级别)
action:在什么条件下启动此任务;
walt:等待切换至此任务所在的级别时执行一次;
respawn:一旦此任务终止,则自动重新启动之;
initdefault:设定默认运行级别;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:walt:/etc/rc.d/rc 3
l1:1:walt:/etc/rc.d/rc 1
..........
l6:6:walt:/etc/rc.d/rc 6
意味着去启动或者关闭/etc/rc3.d/目录下的服务脚本所控制的服务;
K*:要停止的服务;K##*:优先级,数字越小,越是优先关闭;依赖的服务先关闭;而后关闭被依赖的;
S*:要启动的服务;S##*:优先级,数字越小,越是优先开启;被依赖的服务先启动;而依赖的服务后启动;
rc脚本:接受一个运行级别数字为参数;
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/*)脚本执行方式:
# /etc/init.d/SRV_SCRIPT {start|stop|restart|status}
# service SRV_SCRIPT {start|stop|restart|status}
process:任务;

Centos 6-: Upstart
配置文件:/etc/inittab

Centos 7-:systemd
配置文件:/usr/lib/systemd/system/,/etc/systemd/system/

ramdisk:
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

Centos 5:initrd
工具程序:mkinitrd

Centos 6,7:initramfs
工具程序:dracut,mkinitrd

系统初始化流程(内核级别):
POST-->BootSequence(BIOS)-->BootLoader(MBR)-->kernel(ramdisk)-->rootfs(readonly)-->/sbin/init()

/sbin/init:

Centos 5: SysV init

运行级别:为了系统的运行或维护等目的设定的机制;
0-6:7个级别
0:关机,shutdown
1:单用户模式(single user),root用户,无须认证,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;文本界面;
4:预留级别:目前无特别使用目的,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;图形界面
6:重启,reboot

默认级别:3,5
对于服务器一般为3,个人使用为5;

级别切换: init #

级别查看:
who -r
runlevel
N表示上一次级别

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;
查看: chkconfig --list [name]

添加: chkconfig --add name
能添加的服务的脚本定义格式之一:
#!/bin/bash
#
#chkconfig LLL KK SS
#description:
LLL:运行在哪些级别之上
KK:停止的优先级
SS:启动的优先级
能添加的服务的脚本定义格式之二
### BEGIN INIT INFO
# Provides: foo
# Required-Start: bar
# Defalt-Start: 2 3 4 5
# Default-Stop: 0 1 6
# Description: Foo init script
### END INIT INFO
删除:chkconfig --del name

修改指定的链接类型:
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脚本;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

tty1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1
....
tty6:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty6
(1)mingetty会调用login程序;
(2)打开虚拟终端的程序除了mingetty之外,还有诸如getty等;

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]

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)检测跟文件系统,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文件的设置,来设定内核参数;
(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;

Centos 6:
init程序:upstat,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upstat风格的配置文件;
rc.conf
rcS.conf
start-tty.conf

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systemct命令来控制服务;
#systemctl {start|stop|restart|status} name[.service]