系统启动流程以及内核管理

Posted 2021-02-16

linux的组成：

 linux是单内核的系统，而windows是多个微内核的组成的操作系统 
 linux内核的作用:进程管理，内存管理，设备管理，网络管理，硬件驱动，安全机制

启动流程：

1，POST加电自检
    作用：对电脑的各种硬件进行检测，看是否正常
        ROM（主要）：加载Bios保存电脑的输出程序，但是它是保存在内存之中
        RAM：保存电脑的各种参数设置，不然BIOS设置存不住，比如时间。并且指定对应的启
        动项，如从光盘还是硬盘启动
        bootloader：引导加载器，负责引导程序。解压，展开内核，并且把控制权交给内核。如
        用GRUB启动，在6,7版本上不一样
2，MBR引导
    1，前446个字节放的是bootloader,中间64个字节存放磁盘的分区表，最后两个字节是55AA
3，grub
    1，加载grub文件夹中的内容
4，kernel进行初始化
    1，以只读的方式挂载根
    2，运行系统的第一个程序/sbin/init
    3，探测所有的硬件设备
    4，加载各种硬件的驱动程序

    在centos7中硬件的驱动程序是按照需求加载的，如果开机启动时没有检测到硬件，那么就
    不会加载相对应的驱动程序，用来节省启动时间，让启动的更加迅速

    vmlinuz放着最核心的驱动文件，这个文件在光盘中存在，是红帽公司出厂的时候打包到光
    盘中。如果丢失可以进行复制。在编译内核或内核文件丢失时候可以用到此文件，后缀要
    加上内核的版本号（name -r）

注：硬件的驱动程序存放在/lib/modules/kernel` uname -r `/中，如果需要则加载，不需要不
加载

辅助的文件系统存放在greb下的initramfs.img文件中

注：在6,7上放的虚拟的文件系统，在跟早的系统上放的是虚拟的光盘，然而光盘占用的磁盘
空间非常的大，从而导致启动的时长更加长

用modeinfo 可以看到驱动模块的详细信息，以及驱动模块的存放目录

    综上所述：在系统中特定的文件系统的根放在grub下的initramfs中，可以看到文件系统的驱
    动不是放在boot目录中，而是放在其他目录中。那么在系统启动时，并不会加载文件系统驱
    动所在的目录。但是如果不加载文件系统驱动，则无法挂载根目录，导致系统无法启动。
    因此在centos中，会在grub下这个文件中会做一个这个伪根目录，以便于启动的时候运行

    注：查看initramfs.img文件，不过要改文件名，改成GZ后缀的文件名，改成之后在进行解
    压缩。就可以看到操作系统的根的驱动。只有在启动过程中有这个驱动，那么才可以加载
    文件系统的根

    常见问题：
        1，没有initramfs.img文件
            解决：
                切换根目录
                用mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)来进行修复

        2，在centos7上没有boot目录的内容
            解决：
                拷贝光盘里的vmlinuz文件，加上版本号
                重启系统即可

内核的特点：

在官网下载内核，下载之后解压后的init目录下存放着内核的源码，可以查看，并修改源码，
并且修改启动的第一个进程

在centos6和7上对应的init文件不属于一个包，可以用rpm来查看，因为在这两个系统上并不
是由一个应用程序启动的

早期centos的加载是等待执行，可以理解成当一个进程启动完成之后，才会启动另一个进
程。这样很多缺点，如系统启动时间过长，或者某一个应用程序无法启动，从而导致整个系
统都无法启动。所以在centos后期的版本中进程之间是并行执行启动，这样可以大大的节省
启动时间，也可以在启动时排除一些进程不必要的干扰

    默认启动模式：在centos6上可以改动/etc/inittab中改开机启动的模式，在centos7也有此
    文件，但是centos7上无法再此文件中定义启动的模式，需要通过调用系统命令来修改系
    统的默认启动模式,且在centos7系统中定义的只有两种启动模式，分别是图形和命令行
        centos6：
            查看：runlevel
            修改：在配置文件中修改id:3:initdefault: 
            注：
                0，关机模式
                1，单用户模式（系统进行维护，破解root口令）
                3，多用户模式
                5，图形界面
                6，重启

                如在配置文件中误修改成重启模式，可在开机界面进入单用户模式修改

        centos7:
            查看：systemctl get-default
            修改：
                systemctl set-default graphical.target  
                systemctl set-default multi-user.target         

系统的启动流程：

系统启动的第一个程序：/sbin/init
init读取其初始化文件：
    centos6：/etc/inittab
    centos7：systemctl set-default name.target（只有/lib/systemd/system/*.target文件中AllowIsolate=yes 才能切换）

/etc/rc.d/rc.sysinit: 系统初始化脚本，其中定义了启动的模式
    (1) 设置主机名  
    (2) 设置欢迎信息  
    (3) 激活udev和selinux   
    (4) 挂载/etc/fstab文件中定义的文件系统  
    (5) 检测根文件系统，并以读写方式重新挂载根文件系统  
    (6) 设置系统时钟  
    (7) 激活swap设备  
    (8) 根据/etc/sysctl.conf文件设置内核参数  
    (9) 激活lvm及software raid设备  
    (10) 加载额外设备的驱动程序  
    (11) 清理操作 
rc N --> 意味着读取/etc/rc.d/rcN.d/（进行系统初始化）
    作用：在其中有很多的K开头的文件和S开头的文件，其中K代表是关闭，S代表是启动，其
    中的数字代表启动的顺序

    注：
        1，在切换模式的时候/etc/rc.d/rcN.d/里面的服务也会重新启动一遍
        2，自己编写的脚本在启动时尽量往后放，因为自己编写的脚本需要依赖很多其他程序才
        能够运行，当然关闭的时候要首先关闭自己编写的脚本

        调整服务的启动次序：
            chkconfig可以查看到当前的各个服务的启动级别，也可以进行设置

            例：chkconfig --level 345 atd off 改这个级别下的自启动，如果不带任何选项，那么则代
            表的是2-5模式之中关闭

        源码包安装的服务在书写启动脚本的格式（尽量用case语句）：
            必须加上的行：
                chkconfig 2345(-) (S)96  (K)06 （设置启动的等级，启动和关闭的顺序）
                description: test service (在centos6上加不加都可以，在5版本上必须得加上这一行，才
                能启动对应的服务)
        美化启动脚本,引用相应的functions文件中的action函数：
            source /etc/init.d/function
            action "xxx is stop"

        将启动脚本通过chkconfig命令加入到启动项里，如果删除可以用这个命令删除，不然会有
        相应的缓存文件
        chkconfig add ：添加服务
        chkconfig del ：删除服务

        注：在linux运行的过程中可能一些服务由于种种原因导致无法启动，那么切换开机启动模式，然后在对相关进行改动即可

        如果不想用chkconfig加入到自启动中，可以加入到rc.local中，注意这个脚本中的服务是最
        后启动的服务

        xinetd（超级守护进程）管理的服务：
            作用：
                centos6系统中一些服务的代理服务，在centos7中交由systemd代理。在centos6中的某
                些服务会依赖于这个服务的启动而启动，从而来减少系统的压力比如已经淘汰的Telnet
                服务，就是依赖于xinted服务的启动而启动
            对象：
                一些访问量不多的服务，当有人访问这个服务时才会启动对应的服务，可以节约一些启
                动的资源
            启动：
                要修改要启动服务对应的配置文件，把disabled这一项改成no

    在生产中要注释掉的快捷键，避免误操作：ctrl alt delete 三键连按是重启
            centos6:
                注释/etc/init/control-alt-delete.conf的start on control-alt-delete这一行
            centos7:
                删除/usr/lib/systemd/system/ctrl-alt-del.target

grub:

配置文件：
    default=#: 设定默认启动的哪一个内核；落单项(title)编号从0开始， 
    timeout=#：指定菜单项等待选项选择的时长
    splashimage=(hd#,#)/PATH/XPM_FILE：菜单背景图片文件路径（可以自定义启动图片，
    但是图片的像素是640*480，后缀是xpm.gz）
    title TITLE：定义菜单项“标题”
    hiddenmenu：隐藏菜单（如果没有，那么不按e就可以看到启动项）
    password [--md5] STRING: 可以为启动项增加密码
    kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS]：启动的内核 
    initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 内核匹配的ramfs文件

    注： initrd必须在kernel下面，因为要先加载文件系统

grub分区启动的常见问题：
    1，缺少前446个字节的bookloader（一阶段，进入救援模式）
        解决：
            进入救援模式下
            1：
                grub-install --root-directory=DIR（挂载的目录） /dev/DISK（对应的分区）——————挂载对应的磁盘
            2（boot下的备份文件必须要存在）：
                #] grub
                grub>root (hd0,0)—————挂载根分区 
                grub>setup (hd0)—————生成对应的MBR分区表
    2，没有grub配置文件（二阶段错误，出现grub提示符）
        解决：
            手动写grub.conf配置文件
    3，没有grub目录和前446个字节
        解决：
            1，切换根目录
            2，grub-install /dev/sda
            3，写grub.conf文件
                default=0
                timeout=3
                title my linux
                kernel /vmlinuz ro root=/dev/sda1 selinux=0
                initrd /initramfs.img
                注：root (hd0,0)可写可不写，默认根分区是第一个分区
            4，重启系统
    4，boot分区全部删除
        解决：
            1，进入救援模式，开启一个shell，切换根目录
            2，挂载光盘，拷贝内核文件（vmlinuz），mkinitrd /boot initramfs.img `uname -r`（可以直接装内核，不过要强制安装内核）
            3，grub-install /dev/sda（重做MBR分区）
            4，写grub.conf文件
            5，重启系统
    5，删除boot分区，删除fstab文件（基于逻辑卷安装的系统）
        解决：
            centos6:
                1，用fdisk命令先找到根分区的属于哪个分区，然后用blkid命令查看当前分区有没有逻
                辑卷，并找到对应的挂载目录
                2，用lvdisplay可以看到逻辑卷是否处于启用状态，如果没有启用，可以用vgchange -ay可以启用逻辑卷
                3，启用之后编辑/etc/fstab（要在对应的根目录下）
                4，重启系统
                5，切换根目录
                6，生成grub-install /dev/sda（重做MBR分区）
                7，写grub.conf文件
            centos7:
                1，进入BIOS界面，设置光盘启动，进入救援模式
                2，挂载光盘，并强制安装内核
                3，安装完成之后，制作grub配置文件grub2-install /dev/sda（重做MBR分区）
                4，用 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 生成grub.cfg文件
                5，重启电脑
grub加密（6,7上的加密方式不一样）
    6上加密：
        在grub.conf的配置文件中加入password这一行，后面跟上对应的密码
            明文：
                直接输入密码
            密文：
                grub-md5-crypt生成密码串
                加入配置文件password --md5 密码串（输入a进入单用户模式改密码）
    7上加密：
        明文：
            在/etc/grub.d/00_header中加入如下几行
            cat << EOF
            set superusers=‘admin‘
            password admin qwe123
            E0F
        密文：
            用grub2-mkpasswd-pbkdf2生成密文
            把密文写入到配置文件之中
            g重新生成配置文件：grub2-mkconfig  -o  /boot/grub2/grub.cfg

制作小型的linux系统：

必须要有的分区：boot分区，根分区

拿到独立的磁盘，进行分区，分区之后创建文件系统

把创建分系统挂载到系统的目录上，并用相应的命令用grub-install生成boot下必须要的文
件（生成完成后需要检查一下boot下的文件是否存在）

书写grub.conf配置文件在centos6上要手动输入，在centos7上可以用grub2-mkconfig生成对
应的文件

把根目录挂载对应的目录下，并创建常用文件夹，并且复制一些常用命令对应的动态链接库
文件，并复制网卡的驱动模块（modeinfo查看驱动的位置，ethtool -i 查看网卡驱动insmod可
以加载网卡模块）

切换根目录，检查是否成功，成功后即可移植此磁盘到别的电脑中

创建一台新的虚拟机把对应的磁盘加入到虚拟机之中，然后开启虚拟机，并加载网卡驱动

注：
    使新制作的系统有网络功能：
    查看网卡的驱动模块：ethtool -i ech0
    查看网卡驱动模块的所在位置,并拷贝到新的磁盘中：modinfo e1000
    启动新的虚拟机，添加网卡驱动模块：insmod e1000
    添加成功后用ifconfig添加网址即可通讯

proc文件夹：

作用：内存中加载的文件吧·

配置文件：/etc/sysctl 配置文件的格式中.代表目录中的/（如路由转发等，以及禁止ping的
功能，在centos6上是写好的文件，在centos7上是空白，需要手动添加）
写完配置文件后，可以用sysctl -p选项可以让配置立即生效，可以用sysctl -a查看当前内存中
生效的配置文件（如果该文件中没有内容，那么需要手动添加）

清除缓存（man proc）：
    echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

内核编译（通常在/boot目录下）：

编译方法：和大部分软件的源代码编译的方式差不多，但是内核中有很多的功能，要在生产
中判断有些功能是否启用（内核裁剪），从而加快系统的运行效率

编译过程：
    准备好安装编译环境，以及10G以上内存空间，查看主机的CPU架构，下载好对应的内核
    源码包（www.kernel.org）

    .config：准备文本配置文件

    make menuconfig：配置内核选项（看哪些功能需要，哪些功能不需要）

    make && make install （生成的内核在/lib/modules/生成对应的文件，名字就是内核的版本） 
查看当前生效的内核模块：

    lsmod显示由核心已经装载的内核模块（其实是查看/proc/modules文件）

    modinfo可以显示所有模块的信息，即使是没有装载的模块都会显示出来

    modprobe可以加载相应的模块（模块的配置文件在/etc/modprobe.d/中）

    注：insmod也可以加载和卸载模块，不过此命令会有依赖性，所有不常用类似于rpm装软件包。
        modprobe在加载和卸载内核模块的时候，不会检查驱动的依赖性，类似于装软件的yum

Busybox：

作用：可以用来定制小型的Linux操作系统，比如手机系统，到各种智能的终端设备，它占用
的空间十分小，只需要一个小型的内核和Busybox就可以运行

原理：每个命令都有相应的动态链接库文件，但是这些库文件中有些库文件是相同的，所以
可以利用这个软件对一些启动的动态链接库进行优化，排除掉冗余的库文件，从而来简化系
统的各项功能

编译：
    装一些依赖的软件包
    装完之后下载busybox，解压后进入其中
    make menuconfig 选一些特定的功能
    make && make install   如果出错，执行make clean后，重新执行上面命令 
    mkdir /mnt/sysroot/ 
    cp -a _install/* /mnt/sysroot/ 

检查：切换根目录，看命令是否执行，如果制作小型的linux系统，那么则需要对应的boot分区，以及相应的文件

注：busybox仅支持sh,ash,不支持bash。如果想切换根目录致_install下，需要切换shell,或者把bash命令，以及相关的库文件拷贝到该目录下，即可切换

systemd:

管理启动的软件：可以并行启动一些程序（取出一些程序的依耐性，在Ubantu上也有使用）

systemd启动机制：
    基于socket的激活机制：socket与服务程序分离（有些程序是基于套接字文件启动的程序，
    比如mysql，这个服务启动的时候会打开相应的3306端口，在本地打开MySQL是按照套接
    字文件进行启动，而远程打开则是通过3306端口进行访问） 
    基于d-bus的激活机制
    基于device的激活机制  
    基于path的激活机制 

优点：可以同时启动多个应用服务，启动成功没有任何提示，启动不成功会报错
缺点：不止任何的扩展，但是在6上面可以支持定义的一些启动项