linux基础19系统初始化流程

Posted 2020-08-24

一、内核

linux系统的组成：内核（kernel）+根文件系统（rootfs)

1、内核的功能

进程管理：task_struct，scheduler（调度）

内存管理：

I/O管理：中断及中断处理

文件系统：

驱动程序

安全相关功能：SElinux，各种加密库

2、内核设计流派

单内核：单一体系

  将所有功能都作成一个整体，都作在内核中

  linux：

    模块化设计：核心 + 外围功能性模块组成

    内核支持动态装卸载模块  .ko文件：kernel object

微内核：内核子系统

  windows，solaris

    每种各功能使用一个单独的子系统实现

二、POST

  Power On Self Test 上电自检

   接通电源，系统将执行一个自我检查的例行程序（cpu执行ROM中的指令),这是Bios功能的一部分，通常称为POST

   主板在接通电源后，系统首先由POST程序来对CPU、主板、内存、硬盘子系统、显示子系统串并行接口、键盘、CD-ROm光驱等硬件进行检测

当自检完成后，系统转入BIOS的下一步骤：从A驱、C驱或CD－ROM以及网络服务器上寻找操作系统进行启动，然后将控制权交给操作系统。

三、Boot Sequence

   按照bios中的启动次序查找各引导设备，第一个有引导程序的设备即为本次启动要用的设备  

   BIOS "Basic Input Output System"，直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统"。其实，它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、开机后自检程序和系统自启动程序，它可从CMOS中读写系统设置的具体信息。 

其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。

四、bootloader

1、MBR

Master Boot Record：主引导记录

  是存在于硬盘的0柱面，0磁头，1扇区里，占512字节的空间(扇区编号从0开始而不是1)

它由三个部分组成：

   Bootloader ( 446 bytes )：引导加载器，程序             446B

   Disk Partition Table ( 64 bytes )：硬盘分区表           64B

   SA：MBR有效标志位（标识此MBR是否有效，55AA表示有效）      2B

2、bootloader   

   引导加载器，引导程序，安装操作系统时安装在硬盘的MBR中

bootloader的实现：

   Windows ：

      NTloader

   Linux：

      LILO：LInux LOader  不能引导位于1024 Cylinder以后的分区中的OS

      GRUB：GRand Uniform Bootloader  

         配置文件：/etc/grub.conf

      GRUB 0.x：Grub Legace

      GRUB 1.x：Grub2

3、GRUB功能

   提供一个菜单，允许用户选择要启动的系统或不同的内核版本，把用户选定的内核装载到RAM中的特定空间中，解压、展开，而后把系统控制权转交给内核

1）选择要启动的内核或系统

    可以隐藏选择界面

2）交互式接口

grub接口：

  title：操作系统或内核的版本

     root： 设定内核文件所在的分区，为grub的根  #grub查找stage2及kernel文件所在设备分区

     kernel：定义内核文件，后面可附加传递给内核的启动参数root=“真正的根所在的分区” queit 静默模式  #不输出内核初始化的信息  

     initrd：指定为内核提供额外驱动等功能的ram disk或ram fs文件

e：进入编辑模式，修改/etc/grub.conf文件

init的级别1的表示方式：1，s,S,single

   单用户模式几乎不会启动任何服务，且不需要用户登录（默认不需要密码使用root登录），但是会执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件，如果连/etc/rc.d/rc.sysinit文件也不加载，则需传递emergency（紧急模式）

运行级别的切换：init [0-6]

查看运行级别：

   runlevel

   who -r

3）基于密码保护

   启用内核映像

       编辑/etc/grub.conf文件，将passwd --md5 密码经过md5加密后的字符串，添加至title行之后

   传递参数（进入编辑模式）  

       编辑/etc/grub.conf文件，将passwd --md5 密码经过md5加密后的字符串，添加至title行之前

[[email protected] ~]# grub-md5-crypt      #使用这个命令生成密码串
Password: 
Retype password: 
$1$va4p5/$6v3ki5EMhiIW4ViPGVk1j/

4、grub.conf配置文件语法

[[email protected] ~]# cat /boot/grub/grub.conf 
# grub.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE:  You have a /boot partition.  This means that
#          all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
#          root (hd0,0)
#          kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda2
#          initrd /initrd-[generic-]version.img
#boot=/dev/sda
default=0                       #指定默认启动的内核或0S
timeout=5                   #等待用户选择要启动的内核或OS的时长
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz      #指定背景图片
hiddenmenu                                  #隐藏菜单
title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64)        #标题
	root (hd0,0)                        #（Device,Part)
	kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=e0c0bc25-62e5-4896-8749-fce761bc3af7 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
	initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img

Device表示方式：在grub中，统统以hd开头，并紧跟一个数字做各磁盘设备的标记，从0开始编号

Part表示方式：代表分区，0从0开始编号

kernel：

   指定内核文件及传递给内核的参数

   参数：ro root=/path/to/DEVICE  #把这个设备当前/，以只读方式挂载

initrd：

   文件，通常为cpio归档，并使用gzip压缩，通常以.img作为文件名后缀

5、grub的安装

1）grub配置文件损坏，重启将直接进入grub命令行（找不到内核文件）

救援模式下：启动光盘上的微型Linux   #版本要相同

   微型linux会查找磁盘上的/文件系统，找到后会自动挂载到/mnt/sysimage、

第一种方式：

#chroot /mnt/sysimage/    #先切换到真正的根目录下

#grub

grub> root（hd#,#）      #指定根

grub> setup hd#         #将grub安装在指定分区上

grub> quit            #退出，系统将会重启，grub就修复完成了

第二种方式：

# chroot /mnt/sysimage
# grub-install --root-directory=/ /dev/sda  #--root-diectory要指到root目录的父目录

再新建一个grub.conf文件

五、kernel装载

1、bootloader装载boot所在分区中的内核到内存中

   bootloader只有基本磁盘分区文件系统驱动，只能识别基本分区，所以kernel文件必须放在基本磁盘分区中（因Boot loader大小有限，不能驱动高级文件系统）    #内核和/不在同一个分区

2、initrd (centos5) /initramfs (centos6 )：将内存模拟成根文件系统，读取并装载真正根文件系统所需要的驱动

3、真正根文件系统成功识别后，替换掉临时根文件系统

六、init 

真正根文件系统挂载成功后，init将开始运行初始化用户空间的程序与服务

执行/etc/rc.d/rc.sysinit初始化脚本

SysV风格：Centos5 的init脚本

   串行化初始化：需按照依赖关系顺序初始化进程，A–B–C，前一个进程初始化完成后，才能初始化后一个

Upstart ：由ubuntu研发，加速初始化速度

       dbus：可以在前一个进程启动一部分时就开始下一个进程启动

       速度比SysV快

SystemD ：Centos7 的init脚本，参考so x的并行初始化初始化过程，速度更快，兼容SysV

2、系统运行级别

linux系统包含 0-6 共7个运行级别

0：关机

1：单用户模式，直接以root用户登陆，不需要密码   #常用于破解root密码

2：多用户模式，不支持NFS文件系统

3：完全多用户模式，文本模式      #不启动图形界面

4：预留级别

5：完全多用户模式，图形shell

6：重启

3、SysV风格的/sbin/init的配置文件 

 /etc/inittab  每一行指定一种操作   

id:3:initdefault: 

id：操作的ID

runlevels：设置在哪些运行级别下执行此操作，不写为所有级别

action：[ACTION_CMD] 动作，指定如何进行操作

   initdefault：设置默认运行级别，无需定义操作

   sysinit：指定系统初始化脚本例如：si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

   wait：等到系统切换到此级别时运行一次

   ctrlaltdel：指定组合键所执行的命令

   respawn：当制定操作进程被关闭后立即再从启一次

process：操作，具体运行的程序

4、init命令的主要任务

[[email protected] ~]# ls /etc/init/
control-alt-delete.conf  rc.conf              start-ttys.conf
init-system-dbus.conf    rcS.conf             tty.conf
kexec-disable.conf       rcS-emergency.conf   vmware-tools.conf
plymouth-shutdown.conf   rcS-sulogin.conf     vmware-tools-thinprint.conf
prefdm.conf              serial.conf
quit-plymouth.conf       splash-manager.conf

设定默认运行级别

   /etc/inittab

指定系统运行的初始化脚本

   /etc/rc.d/rc.sysinit

启动指定级别下要启动的服务，开关闭需要停止的服务

   /etc/rc.d/rcN.d (0-6)

      S##    #启动

      K##    #停止

定义组合键CtrlAltDel的动作

初始化字符终端：

   终端：对应的是设备

      /dev/tty#,/dev/ttyS#，/dev/console,/dev/pts/#

      调用：login-->/etc/issue

启动图形终端：

   X-Window，桌面管理器

5、系统初始化脚本

/etc/rc.d/rc.sysinit

设置主机名

打印文本欢迎信息

激活SELinux和udev

激活swap

挂载/etc/fstab定义的本地文件系统

检测根文件系统并对其以读写方式重新挂载

设置系统时钟

装载键盘映射

根据/etc/sysctl.conf设置内核参数

激活RAID和LVM设备

清理操作

CentOS操作系统的详细启动流程，了解这些启动流程之后，我们可以实验做一个小型的Linux。