CentOS6启动流程

Posted 2021-01-01 liuwentaolaji

        熟悉系统启动流程对我们学习Linux是非常有帮助的。虽然这是很基础的，但能帮助我们更加了解Linux的运行机制。我们在了解了系统启动流程后，系统在启动过程中，发生的问题时候，就知道是什么阶段出现问题，从而“哪痛医哪”，就不需要重装系统了。 
       CentOS6和CentOS启动流程类似，不过CentOS6和7在启动后期不一样，CentOS6后期是init，CentOS7是systemd。下面我们将以CentOS6为例来介绍Linux系统的启动流程。

CentOS6启动流程

 

 

 

1.POST加电自检

        加载Bios的硬件信息，获取第一个启动设备。自检主要是检测一下硬件设备是否存在并且能正常运行。例如BIOS会检测CPU、内存以及I/O设备是否能够正常运行，如果是个人计算机的话可能还会检测一下显示器。只要一通电，CPU就会自动去加载ROM芯片上的BIOS程序，是这样来实现的。而检测完成之后进行硬件设备的初始化。

2.MBR引导加载

       当第一步自检硬件没有问题时候，这里以BIOS为例，BIOS将会直接去找硬盘的第一个扇区，找到前446字节，将MBR加载到内存中，MBR将告诉程序下一阶段去哪里找系统grub引导。这个阶段属于grub的第一阶段。前面的BIOS通过读取并执行启动设备的MBR中的bootloader，而bootloader要实现的功能就是提供一个菜单给用户，让用户去选择要启动的系统或不同的内核版本，因为一块硬盘上可能不止一个操作系统。然后把用户选择的内核版本加载到RAM中的特定空间，接着在RAM中解压、展开，而后把系统控制权移交给内核。

        grub是bootloader中的一种，对于grub来说，为了打破在MBR中只有446Bytes用于存放bootloader这一限制，grub是通过分成三个阶段来实现加载内核这一功能的，这三个阶段分别是：stage1, stage1.5以及stage2。其中：

        stage1：存放于MBR的前446Bytes，用于加载stage1.5阶段，目的是为了判断启动分区的文件系统类型；

        stage1.5：存放于MBR之后的扇区，加载stage2所在分区的文件系统驱动，让stage1中的bootloader能识别stage2所在分区的文件系统；

        stage2：存放于磁盘分区之上，具体存放于/boot/grub目录之下，主要用于加载内核文件以及ramdisk这个临时根文件系统。

        总而言之，假如要启动的是硬盘设备，首先BIOS必须能够识别硬盘，然后BIOS才能加载硬盘中的bootloader，而bootloader自身加载后就能够直接识别当前主机上的硬盘设备了。不过，能够识别硬盘设备不代表能够识别硬盘设备中的文件系统，因为文件系统是额外附加的一层软件组织的文件结构，所以要对接一种文件系统，就必须要有对应的能够识别和理解这种文件系统的驱动，这种驱动就称为文件系统驱动。而stage1.5就是向grub提供文件系统驱动的，这样stage1就能访问stage2及内核所在的分区(/boot)了。

3.加载系统内核kernel，执行系统初始化信息

        在Bootloader开始读取操作系统内核文件时，接下来会将内核文件解压缩后装在到内存当中，然后根据内核提供的功能开始加载各个设备。这里的各个操作都是由内核来完成的，而我们的内核文件通常都存放在/boot目录当中，并且是一个vmlinux开头的文件。如下图所示：

[[email protected] ~]# cd /boot
[[email protected] boot]# pwd
/boot
[[email protected] boot]# ls
config-2.6.32-696.el6.x86_64           lost+found
efi                                    symvers-2.6.32-696.el6.x86_64.gz
grub                                   System.map-2.6.32-696.el6.x86_64
initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img    vmlinuz-2.6.32-696.el6.x86_64
initrd-2.6.32-696.el6.x86_64kdump.img

       但是，此时内核程序还没有加载到磁盘，如何读取内核文件呢？如果要先加载磁盘，就要有磁盘驱动程序，而驱动程序又在硬盘上，这样就陷入了一个无限循环。所以我们要采用一种叫做虚拟文件系统的东西来解决这个问题。同样的，这个文件系统也放在了/boot下，是一个initrd开头的文件，如上图所示。

        Boot Loader可以加载kernel和initrd，然后把initrd解压成根目录，然后内核就可以在这个虚拟的根文件系统上加载驱动程序，之后释放根文件系统，最后开始正常的启动过程。

4.启动init

        对于CentOS6来说，init配置文件为：/etc/inittab， /etc/init/*.conf，也就是upstart将配置文件拆分成多个，在/etc/init/目录下以conf结尾的都是upstart风格的配置文件，而/etc/inittab仅用于设置默认运行级别。运行级别是为了系统运行或维护等目的而设定，分为0-6，共七个级别：

     0：关机(shutdown)；

     1：单用户模式(single user)：不需要通过认证，登录进去之后为root用户身份；

     2：多用户模式(multi user)：会启动网络功能，但不会启动NFS；

     3：多用户模式(multi user)：为完全功能模式，提供文本界面；

     4：预留级别，目前无特别使用目的；

     5：多用户模式(multi user)：为完全功能模式，提供图形化界面；

     6：重启(reboot)，reboot；

CentOS6 /etc/inittab配置文件代码如下：

[[email protected] ~]# cat /etc/inittab 
# inittab is only used by upstart for the default runlevel.
#
# ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# System initialization is started by /etc/init/rcS.conf
#
# Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf
#
# Terminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,
# with configuration in /etc/sysconfig/init.
#
# For information on how to write upstart event handlers, or how
# upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).
#
# Default runlevel. The runlevels used are:
#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
#   1 - Single user mode
#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
# 
id:5:initdefault:

        通常我们使用默认级别3或5，不同级别的页面是可以切换的，切换方式为：init[0-6]，使用runlevel命令来查看当前运行的级别。

init的处理过程：

       运行初始化脚本是为了初始化系统环境，/etc/rc.d/rc.sysint所做的事情包括：

       (1)设置主机名；

       (2)设置欢迎信息；

       (3)激活udev和selinux；

       (4)挂载/etc/fstab文件中定义的所有文件系统；

       (5)检测根文件系统，以读写方式重新挂载根文件系统；

       (6)设置系统时钟；

       (7)根据/etc/sysctl.conf文件来设置内核参数；

       (8)激活lvm及软raid设备；

       (9)激活swap设备；

       (10)加载额外设备的驱动程序（因为内核只加载根文件系统所在分区的驱动程序）；

       (11)清理操作；

       在/etc/rc.d/rc.sysint初始化完成系统之后，系统就要开始启动各项服务，这里通过运行/etc/rc.d/rc这个脚本文件，而初始化程序init根据前面获取的默认运行级别信息，将这个运行级别数字以参数方式传递给/etc/rc.d/rc脚本中的变量$runlevel；然后，这个脚本会以glob方式去把/etc/rc.d/rc$runlevel.d/S*匹配到的脚本所控制的服务开启，而把/etc/rc.d/rc$runlevel.d/K*匹配到的脚本所控制的服务关闭。

/etc/rc.d/rc#.d/目录下的脚本文件命名格式：

     (1)K##*：表示要停止的服务；‘##‘表示关闭优先级，数字越小，越是优先关闭；依赖到其他服务的服

              务会优先关闭，而被依赖的服务则后关闭；        

     (2)S##*：表示要启动的服务；‘##‘表示启动优先级，数字越小，越是优先启动；被依赖的服务会优先

              启动，而依赖到其他服务的服务则后启动；

          以下为/etc/rc.d/rc脚本文件代码节选：

for i in /etc/rc$runlevel.d/K* ; do

        # Check if the subsystem is already up.
        subsys=${i#/etc/rc$runlevel.d/K??}
        [ -f /var/lock/subsys/$subsys -o -f /var/lock/subsys/$subsys.init ] || continue
        check_runlevel "$i" || continue

        # Bring the subsystem down.
        [ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet stopping JOB=$subsys
        $i stop
        [ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet stopped JOB=$subsys
done

# Now run the START scripts.
for i in /etc/rc$runlevel.d/S* ; do

        # Check if the subsystem is already up.
        subsys=${i#/etc/rc$runlevel.d/S??}
        [ -f /var/lock/subsys/$subsys ] && continue
        [ -f /var/lock/subsys/$subsys.init ] && continue
        check_runlevel "$i" || continue

          根据前面获取的运行级别来启动终端，mingetty程序是用于启动终端的，它会调用登录程序login，这样就能显示出登录提示符了，类似mingetty这种用于打开终端的程序还有getty等. 而如果默认运行级别为5，则会打开图形界面。

以下为CentOS 5的/etc/inittab文件中部分代码：在配置文件这里指明打开留个文本终端，分别对应于[Ctrl]+[Alt]+F1至F6；

# Run gettys in standard runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

5.用户登录