Linux系統初始化流程：系統初始化相關基礎知識

內核簡介

• 內核的功能

  1. 進程管理：通過task_struct， scheduler 實現
  2. 內存管理
  3. I/O管理：中斷以及中斷處理
  4. 文件系統管理：ext3，ext4，xfs 等
  5. 驅動程序
  6. 安全相關：SELinux，各種加密庫
  7. 通用軟件，平臺相關軟件

• 內核設計流派

  1. 單內核：單一體系結構
     • linux 為單一內核
     • 模塊化設計：核心+外圍功能性模塊
     • 外圍模塊：,ko結尾的 kernel object。通常在/lib/modules 下面的各目錄中
     • 內核支持動態裝在模塊
  2. 微內核：多內核子系統 （windows, solaris)
  3. fork() 用戶空間內核的管理:
     • init ：負責用戶空間進程的管理
     • init ：PID 為1，第一個用戶空間的任務
     • 所在目錄： /sbin/init：

系統初始化流程

• POST：硬件開機自檢，探測硬件設備，初始化內存，CPU等。
• BIOS：按照bios中的分區啟動順序啟動
• MBR （Master Boot Record）：讀取主引導記錄
  • Boot loader ( 446 bytes )：用于加載內核并讀取分區信息的程序
  • Partition Table ( 64 bytes )：分區記錄
  • SA：MBR有效標志位
• kernel 裝載：
  • bootloader 裝載boot所在分區的內核到內存中，bootloader只有基本磁盤分區文件系統驅動，只能識別基本分區
  • initrd (centos5) /initramfs (centos6 )：內存模擬根文件系統，讀取并裝載真正根文件系統所需要的驅動
  • 真正根文件系統成功識別后，替換掉臨時根文件系統
• init ：真正根文件系統掛載成功后，init將開始運行初始化用戶空間的程序與服務
  • SysV 風格：Centos5 的init腳本
    1. 串行話：需按照依賴關系順序初始化進程，A–B–C
    2. 前一個進程初始化完成后，才能初始化后一個
  • Upstart ：由ubuntu 研發
    1. dbus：可以在前一個進程啟動一部分時就開始下一個進程啟動
    2. 速度比SysV快
  • SystemD ：參考so x的初始化過程，速度更快

系統運行級別

• linux系統包含 0-6 共7個運行級別
  1. 0：關機
  2. 1：單用戶模式，直接以root用戶登陸，用戶破譯密碼
  3. 2：多用戶模式，不支持NFS文件系統
  4. 3：完全多用戶模式，文本shell
  5. 4：預留級別
  6. 5：完全多用戶模式，圖形shell
  7. 6：重啟
• SysV 風格的/sbin/init的配置文件, /etc/inittab， 每一行指定一種操作

1. id ： 操作的ID
2. runlevels：設置在哪些運行級別下執行此操作，不寫為所有級別
3. action：[ACTION_CMD] 動作，指定如何進行操作的操作
   • initdefault：設置默認運行級別，無需定義操作
   • sysinit：指定系統初始化腳本例如：si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
   • wait：等到系統切換到次級別時運行一次
   • ctrlaltdel：指定組合件所執行的命令
   • respawn：當制定操作進程被關閉后立即再從啟一次
4. process ：操作，具體運行的程序

init 命令的主要任務

• init 的主要任務：

  1. 設置默認運行級
  2. 指定系統運行的初始化腳本
  3. 啟動指定級別下要啟動的服務，開關閉需要停止的服務
     • /etc/init.d/：服務腳本所在位置
       
     • /etc/rc.d/rcN.d (0-6)/ ：不同級別下要操作的服務文件夾
       • S## 需要在##開啟
       • K## 需要在##關閉
         
  4. 定義組合鍵CtrlAltDel的動作
  5. 初始化字符終端，對應設備為：
     • /dev/tty#, /dev/ttyS#, /dev/console, /dev/pts/#
     • 調用：login–>/etc/issue
  6. 啟動圖形中斷：x-windows

• 系統初始化腳本的 /etc/rc.d/rc.sysinit

  1. 設置主機名
  2. 打印歡迎信息
  3. 激活SELinux和udev
  4. 激活swap
  5. 掛載/etc/fstab定義的本地文件系統
  6. 檢測根文件系統并對其以讀寫方式重新掛載
  7. 設置系統時鐘
  8. 裝載鍵盤映射
  9. 根據/etc/sysctl.conf設置內核參數
  10. 激活RAID和LVM設備
  11. 清理操作

MBR （ Master Boot Record）中bootloader介紹

• MBR 中的 bootloader 程序
  • LILO：LInux LOder 早起的bootloader ：不能引導位于1024 Cylinder 以后分區中的os逐漸過時
  • GRUP：GRand Unified Bootloader ，啟動時候有兩個階段
    1. 1st stage：位于MBR中， 為了引導2nd stage
    2. 1.5st stage ：位于boot基本磁盤分區中國，為識別內核文件所在的文件系統識別和拓展
    3. 2nd stage ：位于boot基本磁盤分區GRUB的引導程序
       • boot分區大小：CentOS5 100M, Centos6 200M
       • 所在目錄： /boot/grub/ stage2的配置文件，grub.conf
• Grub的功能：
  1. 選擇啟動的內核或系統， 可以隱藏選擇界面
     
  2. 提供交互式接口，e 進入編輯模式
     
  3. 基于密碼保護
     • 啟動內核映像時：定義在配置文件中相應的title下
     • 傳遞參數（進入編輯模式時）：定義在全局字段中
• grub接口：
• title：操作系統或者內核的標題
• root：設置內核文件所在的分區作為grub的跟，無論硬盤是什么，都以hd#.#表示
• kernel ：定義要使用的內核文件，后面可以附加傳遞
• initrd：指定為內核提供額外驅動等功能的ram disk或ram fs

• init 運行級別參數傳遞，級別為1時為單用戶模式，用戶密碼修改

• 表示方法： 1,s,single,S

• 單用戶模式幾乎不會啟動任何服務，且不需要用戶登錄，但是會執行/etc/rc.d/rc.sysinit腳本；
• 如是連/etc/rc.d/rc.sysinit文件也不加載，則傳遞 emergency
  單用戶啟動后，無需身份認證，直接root，此時可以進行設置密碼的操作
  

• grub的配置文件，grub.conf 語法格式
  

title  
 root (hd0,0) 
     (Device,Part) :  
     Device 在grub中，統統以hd開頭，并緊跟一個數字做各磁盤設備的標記，從0開始編號 
     Part 代表分區，從0開始編號 
 kernel ：指定內核文件以及傳遞給內核的參數 
     內核文件位置：/vmlinux (這里的根是boot目錄) 
     參數：ro root=/path/to/DEVICE quiet 
 initrd ： 文件：通常為cpio歸檔，并使用gzip壓縮；通常以.img作為文件名后綴； 
     /initrafs (這里的根是boot目錄) 

• grub 的安裝，如果MBR中簽446bytes 損壞，則需要修復bootloader，通常需要系統啟動盤，在緊急救援模式下進行，需要版本對應。以下以手工破壞MBR為例 演示，重啟后，系統已經無法掛載
  

第一種方式：插入系統光盤后以緊急救援模式啟動，如果分區信息沒有損壞原系統根目錄會自動掛在到/mnt/sysimage

        chroot /mnt/sysimage
        grub-install --root-directory=/ /dev/sda

        這里的–root-directory 變量應該指向boot目錄的上一層目錄， 后面接需要安裝bootloader的硬盤設備

第二種方式： 直接進入grub命令行接口進行安裝

    chroot /mnt/sysimage
    grub ## 進入grub 命令行接口
    grub> root (hd#,#)
    grub> setup (hd#)
    grub> quit