linux菜鸟入门之系统启动流程

Posted 2022-12-19 Ghost_02

1.启动过程

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加电自检

Bios

以普通的操作系统为例。cpu 要执行指令需要从内存中取，而刚开机的时候，内存里什么都没有，所以刚开机的时候。必须将某个的特定的硬件中的指令加入内存中。刚开机时将ROM中的指令映射到RAM的低地址空间。这下，CPU就可以读取到这些指令。CPU会先对硬件的健康状况进行检查。

BIOS（Boot Sequence），决定了会找操作系统的启动顺序（可以光盘，硬盘）。

MBR

硬盘的格式。MBR中有一段程序（bootload，占446字节）。这段程序会根据MBR中的分区表查找活动分区。找到操作系统的所在的分区，并加载操作系统的内核。bootload若损坏就无法启动操作系统了，他不会再返回去找第二个启动地方。当bootload获得控制权，就没BIOS什么事了。

Kernel

内核取得整个系统的控制权，bootload退出，内存完成解压缩后会探测每个硬件。访问根所在的分区。 文件系统，进程管理，内存管理，网络管理，安全功能，驱动程序。

启动systemd原始进程（CentOS7 ，7以前是init进程）

systemd是用户空间的进程。
在一块磁盘上， 前446bytes是主引导分区，接下来的64bytes是分区表（正因为分区表只有64bytes，所以主分区最多只有4个，当然还可以有扩展分区和逻辑分区。） bootloader有提供菜单，载入内核文件，转交其他的loader的功能（正因如此才可以双系统）。引导加载程序除了放在MBR中还可以放在每个分区的引导扇区里。 假设一块硬盘其中第一，二分区分别安装了windows和linux。假设MBR可以同时识别两个操作系统的引导加载程序。 就会发现MBR提供了2个菜单。

2.文件系统

分区要挂载文件系统，文件系统的最高级/。下面还有/etc   /boot    /home /    根文件系统。

3.kernel

文件系统，进程管理，内存管理，网络管理，安全功能，驱动程序。

单内核：把所有功能都放一个系统中      如：linux（把线程叫做LWP。轻量级进程） linux为了支持不同的CPU、硬盘。所以很庞大。 微内核：将外围作为子系统                    如：windows，Solaris（支持多线程）        

RedHat,Suse,CentOS 为了支持不同平台，核心动态加载 内核模块 核心：（ko kernel object） 内核： /lib/modules/“内核版本号命名的目录”/“做成模块的文件系统，驱动程序。。。。” vmlinuz-2.6.32

[root@localhost wjx]# cd /lib/mod
modprobe.d/     modules/        modules-load.d/ 
[root@localhost wjx]# cd /lib/modules
[root@localhost modules]# ls
3.10.0-327.36.1.el7.x86_64  3.10.0-327.el7.x86_64

里面有很多关于解决依赖性（dep）的文件，map是映射表 

[root@localhost net]# ls ./../..
build              modules.builtin      modules.modesetting  source
extra              modules.builtin.bin  modules.networking   updates
kernel             modules.dep          modules.order        vdso
modules.alias      modules.dep.bin      modules.softdep      weak-updates
modules.alias.bin  modules.devname      modules.symbols
modules.block      modules.drm          modules.symbols.bin

这里有一个kernel的目录，进入。。。

[root@localhost kernel]# ls
arch  crypto  drivers  fs  kernel  lib  mm  net  sound

arch ：和平台相关,cpu。 crypto：加密相关。 drivers：驱动 fs：文件系统 kernel：内核相关 lib:库 mm:内存管理 net:网络（tcp/ip协议栈） sound:声

[root@localhost net]# ls
802        bridge  dns_resolver  key       mac802154    packet  sunrpc     xfrm
8021q      ceph    ieee802154    l2tp      netfilter    rfkill  unix
atm        core    ipv4          llc       netlink      sched   vmw_vsock
bluetooth  dccp    ipv6          mac80211  openvswitch  sctp    wireless

这里什么都有以适应各个平台，各种硬件设备。所以这个/lib/modules 很庞大 自己电脑的操作系统都用的什么内核在/boot/vmlinuz-* ,我的是第二个。

[root@localhost modules]# ls
3.10.0-327.36.1.el7.x86_64  3.10.0-327.el7.x86_64
[root@localhost modules]# ll /boot/vmlinuz-*
-rwxr-xr-x. 1 root root 5156528 Sep 20 22:29 /boot/vmlinuz-0-rescue-6096c81e6fcc48c0a0fe9e5fba473a43
-rwxr-xr-x. 1 root root 5157296 Sep 18 21:14 /boot/vmlinuz-3.10.0-327.36.1.el7.x86_64
-rwxr-xr-x. 1 root root 5156528 Nov 20  2015 /boot/vmlinuz-3.10.0-327.el7.x86_64

内核所需要的模块在/lib/modules中，但想要进/lib/modules必须先进/，但进/必须要先加载/lib/modules这就是鸡生蛋。蛋生鸡的问题了。就加一个中间人。虚根。将临时的/proc./sys./dev搬到

4.init（CentOS7是systemd）

以CentOS6为例，其有7个运行级别。 0： 关机 6：级别 1：单用户模式（single user mode）类似于windows的安全模式，直接以管理员身份切入。不需要密码。（维护模式，可以进去改root密码） 2:多用户模式（multi user mode）可以上网，不挂载NFS 3:正常多用户模式（multi user mode）只是文本，无图形界面。我们就经常使用这个 4:保留级别（reseved）  5:正常多用户模式      。这里有图形界面

centos6 可以修改自己的默认运行级别。而7就没有了，但是7还是保留这个文件。因为我对systemd不太了解。所以就以6为例子说了，先看一下7的inittable文件。

# inittab is no longer used when using systemd.
#
# ADDING CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /usr/lib/systemd/system/ctrl-alt-del.target
#
# systemd uses 'targets' instead of runlevels. By default, there are two main targets:
#
# multi-user.target: analogous to runlevel 3
# graphical.target: analogous to runlevel 5
#
# To view current default target, run:
# systemctl get-default
#
# To set a default target, run:
# systemctl set-default TARGET.target

Centos7在这里写的很清楚。当使用systemd的时候。inittable就不在用了。在这里添加配置将不会影响你的系统。7改成了使用目标。而不是用运行级别。以multi-user.target代替运行级别3。graphical.target代表运行级别5  。这里还讲了在systemd下的查看和更改默认运行级别的方法。

5.详细启动过程

bootloader（MBR）选择启动哪个系统。微软只引导自己，先装linux，再装win的话，win会覆盖MBR。win8更邪恶，还会锁定MBR，装win8的话会锁死MBR，就是不能装linux了。

LILO：Linux Loader  (但不支持大硬盘，8g就不行，一般是嵌入式)

grub：grand unified bootloader （需要装在bootloader上来引导操作系统，因为bootloader太小了所以分3部分） stage1：MBR stage1.5：来识别不同的文件系统 stage2：/boot/grub/
（由于Centos7与centos6的不同，centos6里面是在 /boot/grub/中看到有1.5有2，是文件系统，而7中，在/boot/grub2 中  i386-pc中有很多mod文件。如ntfs.mod）

在/boot/grub2/grub.cfg中可以看到启动哪些操作系统

menuentry 'CentOS Linux (0-rescue-6096c81e6fcc48c0a0fe9e5fba473a43) 7 (Core)' --class centos --class gnu-linux --class gnu --class os --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinux-0-rescue-6096c81e6fcc48c0a0fe9e5fba473a43-advanced-f35003eb-898a-4681-8342-f8f6de03e541' 
        load_video
        insmod gzio
        insmod part_msdos
        insmod xfs 
        set root='hd0,msdos1'
        if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then

xfs 文件系统。 不知道gzio是不是启动背景图片。。。

set root='hd0,msdos1'    这句话说的是内核所在的设备。对grub而言。所有硬盘都是hd。格式为（hd#，N）；hd#，#代表的是第几个磁盘。最后的N表示对应磁盘的分区。

在centos7 里面有个/boot/grub/下有个splash.xpm.gz 我猜这个文件是系统启动时的背景图片。图片类型是xpm的，用gzip压缩过。我试着用convert -resize 640x480 -colors 14 picture.png splash.xpm。再压缩了一下，然后放在这个目录下，没成功！我觉得我应该没猜错，我用od -c 打开过原先的图片，里面全是些点。

grub

在开机的时候可以进入编辑模式 e去编辑。a去修改内核参数。c命令行界面。下面是CentOS7的编辑界面。

按e进入编辑后，还e去继续编辑。编辑完可以按b去boot，这下进去后是以单用户模式进去。（Centos6）然后可以修改root密码。 亦可以给grub加密码。还是在/boot/grub2/grub.cfg中加密码， 可以加明文，亦可以加加密后的密码。
在CentOS7里面，将光标下移找到其中一个叫rhgb quiet的一个单词（在下图的倒数第二段），将其删掉并制定一个shell。在后面加上init=/bin/bash  。.完了之后按Ctrl+x

这里面还能看到一些initrd，这就是虚拟文件系统，进去看一下。 在前面的菜鸟入门归档里已经说了img是cpio归档的。

[root@localhost mnt]# !cpio
cpio -ivcdu < initramfs-3.10.0-327.36.1.el7.x86_64.img 
.
kernel
kernel/x86
kernel/x86/microcode
kernel/x86/microcode/GenuineIntel.bin
early_cpio

发现里面就是些这东西


这就进入了单用户模式，可以用passwd将root的密码改掉。 在我改完密码后发现。只能使用一些简单的命令，向ls，passwd等，像shutdown，reboot就不能使用。


查看内核的版本号 uname -r，查看运行级别 who -r

[root@localhost mnt]# uname -r
3.10.0-327.36.1.el7.x86_64
[root@localhost mnt]# who -r
         运行级别 5 2016-10-11 16:22
[root@localhost mnt]# systemctl get-default 
graphical.target
[root@localhost mnt]# 

MBR坏了怎么办呢？

那么如果MBR坏了怎么办。下面我故意破坏掉bootloader来演示一下。 首先看一下分区表。

[root@localhost ~]# fdisk -l

Disk /dev/sda: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x00079f53

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048      616447      307200   83  Linux
/dev/sda2          616448     4810751     2097152   82  Linux swap / Solaris
/dev/sda3         4810752    41943039    18566144   83  Linux

这下可以看出boot在sda的1分区里。由于知道MBR在前446B中，所以我们可以删除它

[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sda count=1 bs=400
1+0 records in
1+0 records out
400 bytes (400 B) copied, 0.000658637 s, 607 kB/s
[root@localhost ~]# sync              #同步到磁盘

这下就会重启不了 。但可以用命令去修复。或者在紧急模式里去修复。 鄙人对CentOS7 的命令行修复不会。。。。 这能在在网上按教程进入紧急模式去修复。 重启后会发现Centos7 起不来了，进入 troubleshooting中再选择rescue CentOS system。
选第一个continue。
这下系统就进入到救援模式下了。再输入一下命令。


然后就可以正常重启了。这下MBR就修复好了，但有点慢。
安装grub2-install这个命令  grub2-install --root-directory=/mnt/sysimage  /dev/sda     /打算把grub放在哪个分区上。

kernel初始化过程：（CentOS6）

1.设备初始化 2.驱动初始化（从initramfs文件里装载驱动模块） 3.以只读方式挂载根文件系统： 4.装载第一个进程init（PID：1）


/sbin/init: (/etc/inittab) upstart:  （ubuntu团队）d-bus systemd：并行启动服务。CentOS7就用的这个
id：runlevel：action：process
id：标示符 runlevels:在哪个下面运行 action：在什么情况下运行 process：要运行的程序
ACTION： initdefault:设定默认运行级别 sysinit：系统初始化 wait:等级级别切换至此级别时执行 respawn：一旦程序终止，会重新启动
/etc/rc.d/rc.sysinit完成的任务 1、激活udev和selinux 2、根据/etc/sysctl.conf文件，来设定内核参数 3、设定适中始终； 4、装载键盘映射 5、启用交换目录 6、设置主机名 7、根文件系统检测 8、激活RAID和LVM 9、启用磁盘配额 10、根据/etc/fstab,检查并挂载其他文件系统 11、清理过期的锁和PID文件：
CentOS7的rc.d

[root@localhost rc3.d]# ls
K50netconsole  S10network
[root@localhost rc3.d]# ll
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Sep 20 22:05 K50netconsole -> ../init.d/netconsole
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Sep 20 22:05 S10network -> ../init.d/network

将以K开头的网络文件关闭，将S开头的网络文件开启