CentOS 6系統啟動流程

Linux系統的組成

內核+根文件系統
內核功能：
    進程管理、內存管理、文件系統管理、網絡管理、安全功能、驅動程序

運行中的系統環境可分為兩層：內核空間、用戶空間
    用戶空間：應用程序(進程或線程)
    內核空間：內核代碼(系統調用)

內核設計流派：
    單內核設計：把所有功能集成與同一個程序
        Linux
    微內核設計：每種功能使用一個單獨的子系統實現
        Windows，Solaris

    Linux內核特定：
        支持模塊化：.ko(Kernel Object)
        支持模塊運行時動態裝載或卸載

        組成部分：
            核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release
            ramdisk：
                CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img
                CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img
            模塊文件：/lib/modules/VERSION-release

CentOS系統啟動流程

整體來說系統啟動分為以下幾個過程:

1.加電自檢

步驟1：通過BIOS(Basic Input Output System)即基本輸入輸出系統來檢測硬件設備是否存在且運行正常，如：CPU、內存、硬盤，如果有異常情況，BIOS自檢階段會報錯，從而導致系統無法啟動
步驟2：去讀BIOS啟動順序當中的第一個可引導設備(例如硬盤)的第一個扇區(MBR 512字節)，然后執行里面的代碼，實際上這里BIOS并不關心啟動設備第一個扇區中是什么內容，它只是負責讀取該扇區內容、并執行

2.Boot Loader

 我們首先來了解一下MBR，它是Master Boot Record的縮寫。硬盤的0柱面、0磁頭、1扇區稱為主引導扇區。它由三個部分組成，主引導程序(Bootloader)、 硬盤分區表DPT（Disk Partition table）和硬盤有效標志（55AA）
 Boot loader：引導加載器
    Windows：ntloader
    Linux：LILO、GRUB

我們以GRUB為例來分析整個過程：
    Boot loader的主要功能是功能豐富，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。存放于MBR的前446bytes當中，但是446bytes容納這么多功能，顯然是很難得，因此，將Boot loader程序分為三個階段來運行：
        stage1：存放于MBR的前446bytes當中，負責引導stage2
        stage1.5：在MBR之后的扇區中存放，讓stage1中的bootloader能識別stage2所在的分區上的文件系統
        stage2：通過Bootloader加載所有配置文件及相關的環境參數信息，這些配置文件及相關的環境參數存放于磁盤分區上的/boot/grub目錄下

3.加載kernel

在Bootloader開始讀取操作系統內核文件后，接下來會將內核文件解壓縮后裝載到內存當中，然后根據內核提供的功能開始測試與加載各個設備(CPU、硬盤、網卡等)。
通過ramdisk來加載設備的驅動程序
    ramdisk：
        能夠通過bootloader程序將其加載到內存當中，然后這個文件會被加壓縮并且在內存中模擬一個根文件系統，這個根文件系統能夠提供一個可運行的程序，通過該程序加載在啟動過程當中所需要的核心模塊。
    CentOS 5：initrd，工具程序：mkinitrd
    CentOS 6：initramfs，工具程序：mkinitrd，dracut
        mkinitrd initramfs-KERNEL-VERSION.img KERNEL-VERSION

Boot loader可以加載kernel以initrd，然后在內存中讓initrd解壓縮成根目錄，然后內核可以在這個虛擬的根文件系統上加載和是的驅動程序，來加載硬盤等設備，之后釋放虛擬的根文件系統，并以只讀方式掛載磁盤上真實的根文件系統，之后啟動/sbin/init程序

內核空間啟動過程

POST --> BootSequence(BIOS) --> BootLoader(MBR) --> kernel(ramdisk) --> rootfs(readonly) --> /sbin/init

4.啟動用戶空間第一個執行程序/sbin/init

init程序
    CentOS 5：采用Sys V，配置文件為/etc/inittab
    CentOS 6：采用Upstart方式，特點是守護進程間的通信依賴于D-Bus進行，因此，可基本實現類似并行啟動；
        配置文件：/etc/inittab、/etc/init/*.conf
    CentOS 7：采用systemd方式，服務只有在第一次被訪問到時才會真正啟動起來，因此，啟動過程非常之快
        配置文件：/usr/lib/systemd/system, /etc/systemd/system

運行級別：為了系統的運行或維護等目的而設定的機制
    0：關機，shutdown
    1：單用戶模式(single)，root用戶，無須認證可直接登錄
    2：多用戶模式，會啟用網絡功能，但不會啟用nfs，維護模式
    3：正常模式，多用戶，全功能，文本界面，通常用于服務器
    4：預留級別
    5：正常模式，多用戶，全功能，圖形界面操作，一般用于個人
    6：重啟，reboot

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

在內核、硬件及驅動信息加載完畢后，內核會呼叫用戶空間中的第一個執行程序/sbin/init，是所有進程的父進程，init程序主要功能是對系統進行初始化：

    1.首先會去讀取配置文件/etc/inittab、/etc/init/*.conf
        /etc/inittab文件格式
            id：一個任務的標識符
            runlevels：在哪些級別下運行此任務#，##，可以為空，表示所有級別
            action：在什么條件下運行此任務
            process：任務

        action：
            wait：切換至此級別運行一次
            respawn：此process終止，就重新啟動之
            initdefault：默認運行級別；process省略
            sysinit：設定系統初始方式，此處一般指為/etc/rc.d/rc.sysinit

    2.根據以上配置文件當中所定義運行級別以及參數去執行/etc/rc.d/rc.sysinit進行系統的初始化，/etc/rc.d/rc.sysinit所做的事情主要以下幾點
        (1)根據配置文件中的設定來配置主機名(去讀/etc/sysconfig/network文件中HOSTNAME進行)
        (2)打印文本歡迎信息
        (3)掛載所有定義在/etc/fstab文件中的文件系統
        (4)激活swap設備
        (5)激活SELinux和udev
        (6)檢測根文件系統，并實現以讀寫方式重新掛載
        (7)設置系統時鐘
        (8)根據/etc/sysctl.conf文件設定內核參數的值
        (9)激活LVM和RAID設備
        (10)加載額外的設備驅動程序
        (11)清理操作

    3.根據默認運行級別執行/etc/rc.d/rc腳本
        /etc/rc.d/rc腳本根據默認運行級別去啟動或關閉/etc/rc.d/rc#.d目錄下的所有腳本
            K*：要停止的服務；k##*，優先級，數字越小，越是優先關閉；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
            /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}

            chkconfig命令：管控/etc/init.d目錄下每個腳本在各級別下的啟動或關閉狀態
                查看：chkconfig --list [NAME]
                添加：chkconfig --add SRV_NAME
                    能被添加至服務腳本定義格式之一：
                        #!/bin/bash
                        #
                        # chkconfig: LLL NN NN
                        # description:
                刪除：chkconfig --del SRV_NAME
                修改指定的連接類型：
                    chkconfig [--level LEVELS] name <one|off|reset>
                        --level LEVELS：指定要控制的運行級別，默認為2345
    4.執行/etc/rc.d/rc.local腳本
        正常級別下，最后啟動的一個服務S99local沒有連接至/etc/init.d/下的某腳本，而是鏈接至了/etc/rc.d/rc.local腳本；因此，不便或不需寫為服務腳本的程序期望能開機自動運行時，直接放置于此腳本文件中即可
    5.在完成系統所有先關服務啟動之后，接下來Linux就會啟動終端或者是X Window來向用戶提供登錄界面
        根據/etc/init/tty.conf文件中的配置啟動一個應用程序-----login
        如果默認運行級別為5，會啟動一個圖形虛擬終端，附加X應用程序

用戶空間的啟動流程：/sbin/init

設置默認運行界別 --> 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 --> login

系統啟動流程簡要總結

POST加電自檢 --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader(GRUB) --> kernel(ramfs) --> rootfs(readonly) --> switchroot --> /sbin/init --> (/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 設定默認運行級別 --> 初始化系統腳本(/etc/rc.d/rc.sysinit) --> 關閉或啟動對應級別下的服務(/etc/rc.d/rc#.d/) --> 啟動終端程序