N25第七周學習總結（CentOS 7 系統啟動流程）

CentOs系統啟動流程

大綱

1、    什么是CentOs系統啟動流程

2、    為什么要了解CentOS系統啟動流程

3、    了解CentOS系統啟動流程對我們有什么幫助

4、    CentOs系統啟動流程詳解

正題

1、    什么是CentOs系統啟動流程

    CentOs系統啟動流程是CentOs主機從開機加電自檢到整個系統（包括應用程序）都處于一個正常工作的狀態；

    整個流程從宏觀可分為硬件與系統兩個層面，而系統又可以分為內核空間和用戶空間的啟動，每一塊都是按照某些規則自動運行。

2、    為什么要了解CentOS系統啟動流程

因為作為一名Linux技術人員，了解CentOs啟動流程是必要的，而且通過學習CentOs系統啟動流程可以對CentOs工作原理有更深入的了解。

3、    了解CentOS系統啟動流程對我們有什么幫助

在實際工作中，CentOs主機難免會出現無法啟動或啟動異常，而在了解了CentOs系統啟動流程后，可以針對問題對癥下藥，而且通過學習CentOs系統啟動流程后，可掌握部分的Linux工作機制，為以后的解決Linux故障打下扎實的基礎。

4、    CentOs系統啟動流程詳解

在講解CentOs系統啟動流程前，先講一下Linux系統的組成與運行中的系統環境分層，有助于掌握啟動流程的原理。

Linux系統的組成：

     內核  +  根文件系統

     內核可實現以下功能：

                     進程管理、內存管理、網絡協議棧、文件系統、安全功能、驅動程序。

                      內核是linux的整個核心，確切的說內核即是Linux，其他程序都是通過調度內核來實現其功能。

              運行中的系統環境分層：

                  內核空間 +  用戶空間

內核空間： 由內核代碼組成，擁有系統級別權限，可直接更改硬件；

用戶空間： 由各種應用程序組成，通過調用內核來完成各種復雜的任務。

CentOs系統的啟動流程：

1、 POST：加電自檢

它是由主板中的BIOS完成的，主要功用是檢查主機的各個組件是否完好，例如：cpu、內存、硬盤、網卡、光驅等。

2、 Boot Sequence：啟動順序

這一步主要是根據Bios中的設置來按序查找各引導設備，第一個有引導程序的設備即為本次啟動要用到的設備，絕大部分為硬盤啟動；

    Bootloader:引導加載器，是一個微小的程序，眾所周知MBR引導記錄大小為512字節，其中前446字節就是Bootloader，主要用來引導用戶選擇要啟動的系統或不同的內核版本；把用戶選定的內核裝載到RAM中的特定空間中，解壓、展開，而后把系統控制權移交到內核；

      GRUB:是一個典型的BootLoader程序，因為MBR引導記錄限制，所以GRUB分為兩部分：

            1、在MBR引導記錄中，大小為446字節，主要功用是引導啟動存儲在磁盤上的GRUB主體文件；

            2、partition：/boot/grub ,此為GRUB的主體，由此來引導用戶。

3、 Kernel：加載內核

當用戶選定啟動的內核或系統，由Bootloader將內核加載到ram中特定空間中，解壓、展開，而后把系統控制權移交到內核時，Kernel會開始自身初始化：

   探測可識別到的硬件設備；

   加載硬件啟動程序；（有可能會借助于ramdisk加載驅動）

      注：（Kernel在內存中加載時，為了模擬系統環境，會生成一個ramdisk文件，來進行下一步操作，等到加載到真正的根文件系統是，就會推出ramdisk，切換到真正的根文件系統中去。）

   以只讀方式加載根文件系統；（會涉及到根切換）

   運行用戶空間的第一個應用程序：/sbin/init

   init程序類型：

      centos5 :sysVinit

         配置文件： /etc/inittab

      centos6 :Upstart

         配置文件：/etc/inittab
被架空，主要為了兼容5；

                     /etc/init/*.conf 主要

Centos 7 ：Systemd

               配置文件：/usr/lib/systemd/system/,   /etc/systemd/system

ramdisk：（內存上臨時虛擬的系統）

                  Linux內核的特性之一：使用緩沖和緩存來加速對磁盤上的文件訪問；

                                ramdisk（虛擬磁盤，雙緩沖，雙緩存）–>ramfs（虛擬文件系統）

                                centos5：initrd

                                              工具程序：mkinitrd

                                centos6,7：initramfs

                                              工具程序：dracut，mkinitrd

系統初始化流程（內核級別）：post(加電自檢)–>BootSequence（啟動順序選擇BIOS中實現）–>bootloder（引導加載器，MBR中實現）–>Kernel（加載內核，會生成ramdisk）–>rootfs（以readonly方式加載根文件系統）–>/sbin/init(運行第一個應用程序（相當于小管家）)

至此，內核空間就已經啟動完畢，接下來講解用戶空間的啟動流程：

   /sbin/init:

      是除了內核外擁有最高權限與級別的應用程序，因為所有的應用程序都是由init創建而來，相當于都是init的子進程。

   1、選擇默認運行級別

在運行init后，他會根據配置文件定義的運行級別而啟動

  以/etc/inittab配置文件為例：（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：在哪些級別啟動此任務；#，###，也可以為空，表示所有級別；

            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：設定默認允許級別；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；

                示例：

                    id:5:initdefault
默認以圖形化界面啟動

                    si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit  所有級別都以此腳本完成系統初始化方式；

   2、運行系統初始化腳本，完成系統初始化

      根據上一步的指定的rc.sysinit系統初始化腳本，完成以下操作：

         設置主機名；

         設置歡迎信息；

         激活udev和SELinux；

         掛載/etc/
fstab文件中定義的所有文件系統；

         檢測根文件系統，并以讀寫方式重新掛載根文件系統；

         設置系統時鐘；

         根據/etc/sysctl.conf文件的設置，來設定內核參數；

         激活lvm及軟raid設備；

         激活swap設備；

         加載額外設備的驅動程序；

         清理操作

3、 關閉對應級別下要停止的服務和啟動對應級別下需要開啟的服務

根據init配置文件：

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0

意味著去啟動或關閉/etc/rc.d/rcX.d/目錄下的服務腳本所控制服務；

                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；被依賴的的服務先啟動，而依賴的訪問后啟動；

                  注：rcX.d 中的X代表默認啟動級別，如果之前定義的是5（圖形界面），他會在rc.d里查找rc5.d里的服務來啟動關閉；

rc腳本：接受一個運行級別為參數； 不適用os7

4、 設置登陸終端

其實到上一步時服務器已經完成了基本的啟動，這一步主要是開啟一個登陸終端，然后加載環境變量、和別名的配置文件，如果是圖形界面的話，會啟動圖形界面，然后加載圖形界面需要的各種插件。

總結：（用戶空間的啟動流程）：/sbin/init(/etc/inittab)

  設置默認允許級別–>允許系統初始化腳本，完成系統初始化–>關閉對應級別下要停止的服務，啟動對應級別下需要開啟的服務–>設置登陸終端–>[啟動圖形終端]

最后是總結CentOS系統啟動流程：

  post(加電自檢) –>  BootSequence（啟動順序選擇BIOS中實現）–> bootloder（引導加載器，MBR中實現  –>  Kernel（加載內核，會生成ramdisk  –>  rootfs（以readonly方式加載根文件系統）–>  /sbin/init(運行第一個應用程序（相當于小管家）) –>  設置默認允許級別  –>  允許系統初始化腳本，完成系統初始化  –>  關閉對應級別下要停止的服務，啟動對應級別下需要開啟的服務 –>  設置登陸終端 –>  [啟動圖形終端]