Linux的引导过程与服务控制

Posted 2021-11-21 NicolasNRH

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux的引导过程与服务控制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

@TOC

Linux引导过程与服务控制

Linux操作系统引导过程

引导过程总览（简）

开机自检（Bios）

服务器主机开机以后，将根据主板BIOS中的设置对CPU、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测，检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权,大多时候会移交给本机硬盘。

==总结：检查硬件设备，检测出第一个能够引导系统的设备，比如硬盘或者光驱==
MBR引导

当从本机硬盘中启动系统时，首先根据硬盘第一个扇区中MBR(主引导记录）的设置，将系统控制权传递给包含操作系统引导文件的分区；或者直接根据MBR记录中的引导信息调用启动菜单(如GRUB）。

==总结:运行放在MBR扇区里的启动GRUB引导程序==
GRUB菜单

对于Linux操作系统来说，GRUB（统一启动加载器）是使用最为广泛的多系统引导器程序。系统控制权传递给GRUB以后，将会显示启动菜单给用户选择，并根据所选项（或采用默认值〉加载Linux内核文件，然后将系统控制权转交给内核。

CentOS 7采用的是GRUB2启动引导器。

==总结: GRUB引导程序通过读取GRUB配置文件/boot/grub2/grub.cfg，来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置==
加载Linux内核

Linux内核是一个预先编译好的特殊二进制文件，介于各种硬件资源与系统程序之间，负责资源分配与调度。内核接过系统控制权以后，将完全掌控整个Linux操作系统的运行过程。

Centos 7系统中，默认的内核文件位于"/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64"。

==总结：把内核和镜像文件系统加载到内存中==
init进程初始化

为了完成进一步的系统引导过程，Linux内核首先将系统中的"/sbin/init"程序加载到内存中运行（运行中的程序称为进程)，init进程负责完成整个系统的初始化，最后等待用户进行登录。

==总结：加载硬件驱动程序，内核把init进程加载到内存中运行==

系统初始化进程

init进程
- 由Linux内核加载运行/sbin/init程序
- init进程是系统中第一个进程，是所有进程的父进程
- init进程的PID(进程标记)号永远为1
Systemd
- Systemd是Linux操作系统的一种init软件
- CentOS7中采用全新的Systemd启动方式，取代传统的SysVinit（CentOS 5，6）
取代传统的串行的脚本启动方式（/etc/init.d/一个接一个）

Systemd能够将更多的服务进程并行启动，并且具有提供按需启动服务的能力，使得启动更少进程，从而提高系统启动速度
- CentOS7中运行的第一个init进程是/lib/systemd/systemd

Systemd单元类型

单元类型	扩展名	说明
==Service==	.service	描述一个系统服务
Socket	.socket	描述一个进程间通信的套接字（ip:端口）
Device	.device	描述一个内核识别的设备文件
Mount	.mount	描述一个文件系统的挂载点
Automount	.automount	描述一个文件系统的自动挂载点
Swap	.swap	描述一个内存交换设备或交换文件
Path	.path	描述一个文件系统中文件或目录
Timer	.timer	描述一个定时器（用于实现类似cron的调度任务）
Snapshot	.snapshot	用于保存一个systemd的状态
Scope	.scope	使用systemd的总线接口以编程的方式创建外部进程
Slice	.slice	描述居于Cgroup(限制io,内存)的一组通过层次组织的管理系统进程
==Target==	.target	描述一组systemd的单元

运行级别所对应的Systemd目标

运行级别	Systemd的target	说明
0	target	关机状态
1	rescue.target	单用户模式，不需要密码验证即可登录系统，多用于系统维护
2	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别。默认等同于3
3	multi-user.target	字符界面的完整多用户模式，大多数服务器主机运行在此级别
4	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别。默认等同于3
5	graphical.target	图形界面的多用户模式，提供了图形桌面操作环境
6	reboot.target	重新启动，使用该级别时将会重启主机

命令	命令	命令	结果
init 0	systemctl isolate poweroff.target	(systemctl) poweroff	关机（shutdown）
init 1	systemctl isolate resue.target		切换单用户模式
init 3	systemctl isolate multi-user.target		切换字符界面多用户模式
init 5	systemctl isolate graphical.target		切换图形界面多用户模式
init 6	systemctl isolate reboot.target	(systemctl) reboot	重启

排除启动类故障

修复MBR扇区故障

故障原因
- 病毒，木马等造成的破坏
- 不正确的分区操作，磁盘读写误操作
故障现象
- 找不到引导程序，启动中断
- 无法加载操作系统，开机后黑屏
解决思路
- 应提前作好备份文件
- 以安装光盘引导进入急救模式
- 从备份文件中恢复

故障模拟恢复

修复MBR扇区故障

MBR位于第一块硬盘（/dev/sda）的第一个物理扇区处，总共512字节
1. 备份MBR扇区数据到其它磁盘(/dev/sdb1)
  
  mkdir /backup
  
  mount /dev/sdb1 /backup
  
  dd if=/dev/sda of=/backup/mbr.bak bs=512 count=1
2. 模拟破坏MBR引导扇区
  
  dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=512 count=l
3. 引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复MBR扇区数据
  
  先加载好光盘镜像，重启操作系统
  
  当出现安装向导界面时，选择"Troubleshooting"选项
  
  再选择"Rescue a CentOS Linux system"选项，进入急救模式
  
  选择"1"选择 Continue 并按 Enter 键继续
  
  再次按 Enter 键后将进入带 "sh-4.2" 提示符的 Bash Shell环境
  
  sh-4.2# mkdir /backupdir
  
  sh-4.2# mount /dev/sdb1 /backupdir //挂载带有备份文件的分区
  
  sh-4.2# dd if=/backupdir/mbr.bak of=/dev/sda //恢复备份数据
  
  sh-4.2# exit //执行exit命令退出临时shell环境，系统将会自动重启

修复GRUB引导故障

故障原因
- MBR中的GRUB引导程序(1--446字节)遭到破坏
- grub.confg文件丢失、引导配置有误
故障现象
- 系统引导停滞，显示"grub>"提示符
解决思路
- 尝试手动输入引导模式（步骤繁琐，需要手动输入/boot/grub2/grub.cfg中的配置信息，很容易出错，不建议使用）
grub> insmod xfs //加载指定的模块到内核

grub> linux16 /vmlinuz-0-rescue-3e3bbcbbcd23437fabc66e7016070505 root=/dev/mapper/centos-root ro rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet //内核的名字及位置等信息，UUID等信息每台设备都不同

grub> initrd16 /initramfs-0-rescue-3e3bbcbbcd23437fabc66e7016070505.img //镜像系统文件

grub> boot //引导boot
- 进入急救模式，重写或者从备份中恢复grub.confg（数据被破坏,上述第一个原因）(和恢复MBR类似，不作赘述)
- MBR位于第一块硬盘（/dev/sda）的第一个物理扇区处，总共512字节，前446字节时主引导记录，分区表保存在MBR扇区中的第447-519字节中。
- mkdir /bak
  
  mount /dev/sdb1 /bak
  
  dd if=/dev/sda of=/bak/grub.bak bs=446 count=1
- 模拟对MBR中的GRUB引导程序的破坏，但并不破坏分区表
  
  dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=446 count=1
- 引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复GRUB引导程序
  
  sh-4.2# mkdir /backupdir
  
  sh-4.2# mount /dev/sdb1 /backupdir
  
  sh-4.2# dd if=/backupdir/grub.bak of=/dev/sda
  
  sh-4.2# exit
- 向MBR扇区中重建grub程序（引导界面进入急救模式,重建GRUB菜单配置文件）
rm -rf /boot/grub2/grub.cfg //模拟丢失GRUB菜单配置文件

进入急救模式，加载光盘镜像,切换到系统根环境（急救模式进入方法同上）

sh-4.2# chroot /mnt/sysimage

重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘（/dev/sda）的MRB扇区，如果有多个分区可省略

bash-4.2# grub2-install /dev/sda

重新构建GRUB菜单的配置文件

bash-4.2# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

退出chroot环境,并重启

bash-4.2# exit
sh-4.2# reboot

==此方法对于多个硬盘的Linux系统可能会出现第一次重启无法正常启动的情况，多数情况下可以正常启动，要做好MBR程序备份==

遗忘root用户密码

故障原因

遗忘用户密码
故障现象

无法进行需要root权限的管理操作

若没有其他账号可用，将无法登录系统
解决思路

进入急救模式，重设密码
- 按上例进入引导界面更改密码
passwd root
- 重新登陆即可

服务控制及切换运行级别

系统服务控制

systemctl 控制类型服务名称
控制类型 6
- start：启动
- stop：停止
- restart：重新启动（对于关闭的服务等于start）
- status：查看服务状态
- reload：重新加载配置文件（修改了配置文件后，重启耗时较长或者不适宜重启使用）

Linux系统的运行级别

查看运行级别
- runlevel命令：只能查看切换前一次的运行级别于当前运行级别
- systemctl工具（systemctl get-default）：只能查看默认的运行级别
临时切换运行级别
- init命令：命令参数是运行级别对应的数字
- systemctl工具：命令参数是具体的targrt（上面已经给出）
设置永久运行级别
- systemctl set-default 命令级别（.target）
- ln -sf /usr/lib/systemd/system/graphical.target（命令级别.target） /etc/systemd/system/default.target //强制覆盖软链接文件