Linux系統啟動流程初識

centos系統啟動流程

本篇僅僅講解centos5和6

centos7并不適用

Linux系統的組成部分：內核+根文件系統

內核功能：

• 進程管理

• 內存管理

• 網絡管理

• 驅動程序

• 文件系統

• 安全功能

有以下目錄結構的文件系統可以被識別為根文件系統，但根文件系統本身不存在

rootfs：/bin/ /sbin /etc/ /sys/ /proc/ /lib /dev/ /sys /tmp /boot/...

內核：

Linux內核特點：

支持模塊化：.ko(內核對象)
    如：文件系統、硬件驅動、網絡協議等
支持內核模塊的動態裝載和卸載

組成部分：

核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release
    ramdisk：輔助的偽根文件系統
    centos 5：/boot/initrd-Vsersion-release.img
    centos 6：/boot/initramfs-Version-release.img
模塊文件：/lib/modules/VSERSION-release

centos6啟動流程

1.加載BIOS的硬件信息，獲取第一個啟動設備。
2.讀取第一個啟動設備MBR的引導加載程序(grub)的啟動信息
3.加載核心操作系統的核心信息，核心開始解壓縮，并嘗試驅動所有的硬件設備。
4.核型執行init程序并獲取運行信息。
5.Init執行/etc/rc.d/rc.sysinit文件。
6.Init執行運行的各個批處理文件(scripts).
7.Init執行/etc/rc.d/rc.local.
8.執行/bin/login程序，等待用戶登錄。
9.登錄之后開始以Shell控制主機。

下面我們來分別介紹上述的步驟

1、POST

power-on-self-test，加電自檢，是BIOS功能的一個主要部分，負責完成對CPU、主板、內存、硬盤子系統、顯示子系統、串并行接口、鍵盤、等硬件情況的檢測

    ROM：BIOS，，保存著有關計算機系統最重要的基本輸入輸出程序，系統信息設置、開機加電自檢程序和系統啟動自舉程序等。
    RAM：：CMOS互補金屬氧化物半導體，保存各項參數的設定

    按次序查找引導設備，第一個有引導程序的設備為本次啟動設備

2、bootloader: 引導加載器，引導程序

windows: ntloader，僅是啟動OS
Linux：功能豐富，提供菜單，允許用戶選擇要啟動系統或不同的內核版本；把用戶選定的內核裝載到內存中的特定空間中，解壓、展開，并把系統控制權移交給內核
    LILO：LInuxLOader
    GRUB: GRandUnified Bootloader
    GRUB 0.X: GRUB Legacy，GRUB2

    1st stage：位于MBR中，為了引導2nd stage
    1.5 stage：位于mbr之后的扇區，不屬于任何分區，為識別內核文件所在的文件系統提供文件識別擴展
    2nd stage：位于boot基本磁盤分區中，GRUB的引導程序

3、kernel階段

自身初始化
探測可識別到的所有硬件設備
加載硬件驅動程序( 有可能會借助于ramdisk加載 )
以只讀方式掛載根文件系統
運行用戶空間的第一個應用程序：/sbin/init

ramdisk：
內核中的特性之一：使用緩沖和緩存來加速對磁盤上的文件訪問
ramdisk--> ramfs提高速度
CentOS 5: initrd, 工具程序：mkinitrd
CentOS 6: initramfs，工具程序：mkinitrd, dracut

4、init程序類型：

centos 5：sysV init
配置文件：/etc/inittab
centos 6：upstart
配置文件：/etc/inittab   /etc/init/*.conf

    運行級別：為了系統的運行或維護等目的而設定的機制
        0-6:7個級別
            0：關機，shutdown # init 0
            1：單用戶模式(signal user),root用戶，無須認證；維護模式
            2：多用戶模式(multi user)，會啟動網絡功能，但不會啟動NFS；維護模式
            3：多用戶模式(multi user)，完全功能模式；文本界面
            4：預留級別：目前無特別適用目的，但習慣以同3級別功能使用
            5：多用戶模式(multi user)，完全功能模式，圖形界面
            6：重啟，reboot

    默認級別：3,5
    級別切換：# init #
        級別查看：
            # who -r
            # runlevel


init初始化
    init讀取其初始化文件：/etc/inittab
    初始運行級別(RUN LEVEL)
    系統初始化腳本
    對應運行級別的腳本目錄
    捕獲某個關鍵字順序
    定義UPS電源終端/恢復腳本
    在虛擬控制臺生成getty
    在運行級別5初始化X

/etc/inittab文件：
每行定義一種action以及與之對應的process
        id:runlevels:action:process

            id：一個任務的標識符
            runlevels：在那些級別啟動此任務；#,###,標識所有級別
            action：在什么條件下啟動此任務
            process：任務

        action：
            wait：等待切換至此任務所在的級別時執行一次；
            respawn：一旦此任務終止時，就自動重新啟動之
            initdefault：設定默認運行級別；此時，process省略
            sysinit：設定系統初始化方式，此處一般為指定/etc/rc.d/rc.sysinit腳本

5、系統初始化腳本：/etc/rc.d/rc.sysinit

(1)設置主機名
(2)設置歡迎信息：
(3)激活udev和seLinux
(4)掛載/etc/fstab文件中定義的所有文件系統
(5)檢測根文件系統，并以讀寫方式重新掛載根文件系統
(6)設置系統時鐘；
(7)根據/etc/sysctl.conf文件的設置，來設置內核參數
(8)激活lvm及軟raid設備
(9)激活swap設備
(10)加載額外設備的驅動程序
(11)清理操作

6、關閉對應級別下需要停止的服務，啟動對應級別下需要開啟的服務

    l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
    l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
    l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
            ...
    l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
        意味著去啟動或關閉/etc/rc.d/rc#.d/目錄下的服務腳本所控制的服務
            K*：要停止的服務；K##，優先級，數字越小，越是先關閉，依賴的服務先關閉，而后關閉被依賴的
            S*：要啟動的服務；S##；優先級；數字越小，越是優先啟動，被依賴的服務先啟動，而依賴的服務后啟動

                rc腳本：接受一個運行級別數字為參數

                    腳本框架：
                        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/*)腳本執行方式:
                        # /etc/init.d/SRV_SCRIPT { start | stop restart | status }
                        # service SRV_SCRIPT  { start | stop restart | status }

7、/etc/rc.d/rc.local

注意：正常級別下，最后啟動一個服務S99local沒有鏈接至/etc/rc.d/init.d一個服務腳本，而是指向了/etc/rc.d/rc.local腳本
不便或不需寫為服務腳本放置于/etc/rc.d/init.d/目錄，且又想開機時自動運行的命令，可直接放置于/etc/rc.d/rc.local文件中

/etc/rc.d/rc.local在指定運行級別腳本后運行
可以根據情況，進行自定義修改

8、執行/bin/login程序，等待用戶登錄。

9、登錄

用戶輸入正確的用戶名和密碼后便可以以shell控制主機

下面來進行下簡單的總結：

內核級別的初始化流程：

POST --> bootsequence(BIOS) --> bootloader(MBR) --> kernel(ramdisk) --> rootfs(readonly) --> /sbin/init

(用戶空間的啟動流程):/sbin/init(/etc/inittab)

設置默認運行級別 --> 運行系統初始化腳本,完成系統初始化 --> 關閉對應級別下需要停止的服務，啟動對應級別下需要開啟的服務 --> 
設置登錄終端 --> [ 啟動圖形終端(如果設定的話) ]