LINUX操作系统的启动过程

Posted 2023-04-13

一、启动内核
　　 首先介绍启动内核部分。电脑启动时，Bios装载MBR，然后从当前活动分区启动，LILO获得引
　　 导过程的控制权后，会显示LILO提示符。此时如果用户不进行任何操作，LILO将在等待制定
　　 时间后自动引导默认的操作系统，而如果在此期间按下TAB键，则可以看到一个可引导的操作
　　 系统列表，选择相应的操作系统名称就能进入相应的操作系统。
　　 当用户选择启动LINUX操作系统时，LILO就会根据事先设置好的信息从ROOT文件系统所在的分
　　 区读取LINUX映象，然后装入内核映象并将控制权交给LINUX内核。LINUX内核获得控制权后，
　　 以如下步骤继续引导系统：
　　 1. LINUX内核一般是压缩保存的，因此，它首先要进行自身的解压缩。内核映象前面的一些
　　 代码完成解压缩。
　　 2. 如果系统中安装有可支持特殊文本模式的、且LINUX可识别的SVGA卡，LINUX会提示用户
　　 选择适当的文本显示模式。但如果在内核的编译过程中预先设置了文本模式，则不会提示选
　　 择显示模式。该显示模式可通过LILO或RDEV工具程序设置。
　　 3. 内核接下来检测其他的硬件设备，例如硬盘、软盘和网卡等，并对相应的设备驱动程序
　　 进行配置。这时，显示器上出现内核运行输出的一些硬件信息。
　　 4. 接下来，内核装载ROOT文件系统。ROOT文件系统的位置可在编译内核时指定，也可通过
　　 LILO或RDEV指定。文件系统的类型可自动检测。如果由于某些原因装载失败，则内核启动
　　 失败，最终会终止系统。
　　
　　 二、执行init程序
　　 其次介绍init程序，利用init程序可以方便地定制启动其间装入哪些程序。init的任务是
　　 启动新进程和退出时重新启动其它进程。例如，在大多数Linux系统中，启动时最初装入
　　 六个虚拟的控制台进程，退出控制台窗口时，进程死亡，然后init启动新的虚拟登录控制台，
　　 因而总是提供六个虚拟登陆控控制台进程。
　　 控制init程序操作的规则存放在文件/etc/inittab中。Red Hat Linux缺省的inittab文
　　 件如下：
　　 #
　　 #inittab This file describes how the INIT process should set up the system in a certain
　　 #run-level.
　　 #
　　 #
　　 #Default runlevel.The runlevels used by RHS 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:3:initdefault:
　　
　　 #system initialization
　　 si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
　　 10:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
　　 11:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
　　 12:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
　　 13:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
　　 14:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
　　 15:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
　　 16:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
　　 #Things to run in every runlevel
　　 ud:once:/sbin/update
　　
　　 #Trap CTRL-ALT-DELETE
　　 ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
　　
　　 #When our UPS tells us power has failed,assume we have a few minutes of
　　 power left.Schedule a
　　 #shutdown for 2 minutes from now.
　　 #This does,of course,assume you have powered installed and your UPS
　　 connected and working
　　 #correctly.
　　 pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Restored;Shutdown Cancelled"
　　
　　 #Run gettys in standard runlevels
　　 1:12345:respawn:/sbin/minggetty tty1
　　 2:2345:respawn:/sbin/minggetty tty2
　　 3:2345:respawn:/sbin/minggetty tty3
　　 4:2345:respawn:/sbin/minggetty tty4
　　 5:2345:respawn:/sbin/minggetty tty5
　　 6:2345:respawn:/sbin/minggetty tty6
　　 #Run xdm in runlevel 5
　　
　　 x:5:respawn:/usr/bin/X11/xdm -nodaemon
　　 Linux有个运行级系统，运行级是表示系统当前状态和init应运行哪个进程并保持在这种
　　 系统状态中运行的数字。在inittab文件中，第一个项目指定启动时装入的缺省运行级。
　　 上例中是个多用户控制台方式，运行级为3。然后，inittab文件中每个项目指定第二个
　　 字段的项目用哪种运行级(每个字段用冒号分开)。因此，对运行级3，下列行是相关的：
　　 13:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
　　 1:12345:respawn:/sbin/minggetty tty1
　　 2:2345:respawn:/sbin/minggetty tty2
　　 3:2345:respawn:/sbin/minggetty tty3
　　 4:2345:respawn:/sbin/minggetty tty4
　　 5:2345:respawn:/sbin/minggetty tty5
　　 6:2345:respawn:/sbin/minggetty tty6
　　 最后六行建立Linux提供的六个虚拟控制台。第一行运行启动脚本/etc/rc.d/ rc 3；
　　 这将运行目录/etc/
　　 rc.d/rc3.d中包含的所有脚本，这些脚本表示系统初始化时要启动的程序。一般来说，
　　 这些脚本不需要编辑或改变，是系统缺省的。 参考技术A

加载内核：

LILO启动之后，如果你选择了Linux作为准备引导的操作系统，第一个被加载的东西就是内核。请记住此时的计算机内存中还不存在任何操作系统， PC(因为它们天然的设计缺陷)也还没有办法存取机器上全部的内存。因此，内核就必须完整地加载到可用RAM的第一个兆字节之内。为了实现这个目的，内核是被压缩了的。这个文件的头部包含着必要的代码，先设置CPU进入安全模式(以此解除内存限制)，再对内核的剩余部分进行解压缩。

执行内核：


内核在内存中解压缩之后，就可以开始运行了。此时的内核只知道它本身内建的各种功能，也就是说被编译为模块的内核部分还不能使用。最基本的是，内核必须有足够的代码设置自己的虚拟内存子系统和根文件系统(通常就是ext2文件系统)。一旦内核启动运行，对硬件的检测就会决定需要对哪些设备驱动程序进行初始化。从这里开始，内核就能够挂装根文件系统(这个过程类似于Windows识别并存取C盘的过程)。内核挂装了根文件系统之后，将启动并运行一个叫做 init的程序。

init进程：

init进程是非内核进程中第一个被启动运行的，因此它的进程编号PID的值总是1。init读它的配置文件/etc/inittab，决定需要启动的运行级别(Runlevel)。从根本上说，运行级别规定了整个系统的行为，每个级别(分别由0到6的整数表示)满足特定的目的。如果定义了 initdefault级别，这个值就直接被选中，否则需要由用户输入一个代表运行级别的数值。

输入代表运行级别的数字之后，init根据/etc/inittab文件中的定义执行一个命令脚本程序。缺省的运行级别取决于安装阶段对登录程序的选择：是使用基于文本的，还是使用基于X-Window的登录程序。

rc命令脚本程序：

我们已经知道，当运行级别发生改变时，将由/etc/inittab文件定义需要运行哪一个命令脚本程序。这些命令脚本程序负责启动或者停止该运行级别特定的各种服务。由于需要管理的服务数量很多，因此需要使用rc命令脚本程序。其中，最主要的一个是/etc/rc.d/rc，它负责为每一个运行级别按照正确的顺序调用相应的命令脚本程序。我们可以想象，这样一个命令脚本程序很容易变得难以控制!为了防止这类事件的发生，需要使用精心设计的方案。

对每一个运行级别来说，在/etc/rc.d子目录中都有一个对应的下级目录。这些运行级别的下级子目录的命名方法是rcX.d，其中的X就是代表运行级别的数字。比如说，运行级别3的全部命令脚本程序都保存在/etc/rc.d/rc3.d子目录中。

在各个运行级别的子目录中，都建立有到/etc/rc.d/init.d子目录中命令脚本程序的符号链接，但是，这些符号链接并不使用命令脚本程序在 /etc/rc.d/init.d子目录中原来的名字。如果命令脚本程序是用来启动一个服务的，其符号链接的名字就以字母S打头;如果命令脚本程序是用来关闭一个服务的，其符号链接的名字就以字母K打头。

许多情况下，这些命令脚本程序的执行顺序都很重要。如果没有先配置网络接口，就没有办法使用DNS服务解析主机名!为了安排它们的执行顺序，在字母S 或者K的后面紧跟着一个两位数字，数值小的在数值大的前面执行。比如：/etc/rc.d/rc3.d/S50inet就会在 /etc/rc.d/rc3.d/S55named之前执行(S50inet配置网络设置，S55named启动DNS服务器)。

存放在/etc/rc.d/init.d子目录中的、被符号链接上的命令脚本程序是真正的实干家，是它们完成了启动或者停止各种服务的操作过程。当 /etc/rc.d/rc运行通过每个特定的运行级别子目录的时候，它会根据数字的顺序依次调用各个命令脚本程序执行。它先运行以字母K打头的命令脚本程序，然后再运行以字母S打头的命令脚本程序。对以字母K打头的命令脚本程序来说，会传递Stop参数;类似地对以字母S打头的命令脚本程序来说，会传递 Start参数。

编写自己的rc命令脚本：

在维护Linux系统运转的日子里，肯定会遇到需要系统管理员对开机或者关机命令脚本进行修改的情况。有两种方法可以用来实现修改的目的：

● 如果所做的修改只在引导开机的时候起作用，并且改动不大的话，可以考虑简单地编辑一下/etc/rc.d/rc.local脚本。这个命令脚本程序是在引导过程的最后一步被执行的。

● 如果所做的修改比较细致，或者还要求关闭进程使之明确地停止运行，则需要在/etc/rc.d/init.d子目录中添加一个命令脚本程序。这个命令脚本程序必须可以接受Start和Stop参数并完成相应的操作。

第一种方法，编辑/etc/rc.d/rc.local脚本，当然是两种方法中比较简单的。如果想在这个命令脚本程序中添加内容，只需要使用喜欢的编辑器程序打开它，再把打算执行的命令附加到文件的末尾就可以了。这对一两行的修改来说的确很便利。

如果确实需要使用一个命令脚本程序，这时必须选择第二个方法。编写一个rc命令脚本程序的过程并不像想象中那么困难。我们下面就给出一个例子，看看它是怎样实现的(顺便说一句，你可以把我们的例子当作范本，按照自己的需要进行修改和添加)。

假设你打算每隔60分钟调用一个特殊的程序来弹出一条消息，提醒自己需要从键盘前面离开休息一会儿，命令脚本程序将包括下面几个部分：

● 关于这个命令脚本程序功能的说明(这样就不会在一年之后忘记它);

● 在试图运行它之前验证这个命令脚本程序确实存在;

● 接受start和stop参数并执行要求的动作。

参数给定后，我们就可以编写命令的脚本程序。这个程序很简单，大家可以自己编写一下，我在这里就不给出了。

编写好新的命令脚本程序之后，再从相关的运行级别子目录中加上必要的符号链接，来控制这个命令脚本程序的启动或者停止。在我的印象中，只想让它在运行级别3或者运行级别5中启动，原因是我认为只有这两个运行级别才是日常工作的地方。最后，希望这个命令脚本程序在进入运行级别6(重启动)的时候被关闭。

激活或者禁止服务项目：

有的时候会发现，在引导的时候并不需要某个特定的服务被启动。如果你正在考虑使用Linux替换Windows NT的文件和打印服务器，就更是如此。

我们已经知道，在特定的运行级别子目录中给符号链接改个名称，就可以让该服务不被启动，如把其名称的第一个字母由S改为K。一旦熟练掌握了命令行和符号链接，就会发现这是激活或者禁止服务的最快办法。

在学习这个改名方法的时候，可能会觉得图形化的操作界面ksysv比较容易掌握。虽然它原来是设计使用在KDE环境里的，但在 Red Hat Linux 7.2下缺省安装的GNOME环境里也运行得很好。如果想启动它，只需简单地打开一个xterm窗口，并输入ksysv命令就可以了。屏幕上会出现一个窗口，其中列出了能够修改的全部参数，需要时还包括在线帮助。

警告：如果是在一个现实中的系统上学习本文的知识，要多多运用常识。当试着对启动脚本程序进行修改的时候，要记住所做的修改可能会造成你的系统不能正常工作，而且无法采用重启动的方法恢复。不要在正常运转的系统上实验新的设置，对你准备修改的文件要全部进行备份。最重要的是，在手边要准备一张引导盘以防不测。详细了解Linux可参考书籍《Linux就该这么学》。

Linux 系统启动过程

Linux 系统启动过程

linux启动时我们会看到许多启动信息。

Linux系统的启动过程并不是大家想象中的那么复杂，其过程可以分为5个阶段：

• 内核的引导。
• 运行 init。
• 系统初始化。
• 建立终端 。
• 用户登录系统。

init程序的类型：

• SysV: init, CentOS 5之前, 配置文件： /etc/inittab。
• Upstart: init,CentOS 6, 配置文件： /etc/inittab, /etc/init/*.conf。
• Systemd： systemd, CentOS 7,配置文件： /usr/lib/systemd/system、 /etc/systemd/system。

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内核引导

当计算机打开电源后，首先是BIOS开机自检，按照BIOS中设置的启动设备（通常是硬盘）来启动。

操作系统接管硬件以后，首先读入 /boot 目录下的内核文件。

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运行init

init 进程是系统所有进程的起点，你可以把它比拟成系统所有进程的老祖宗，没有这个进程，系统中任何进程都不会启动。

init 程序首先是需要读取配置文件 /etc/inittab。

 

运行级别

许多程序需要开机启动。它们在Windows叫做"服务"（service），在Linux就叫做"守护进程"（daemon）。

init进程的一大任务，就是去运行这些开机启动的程序。

但是，不同的场合需要启动不同的程序，比如用作服务器时，需要启动Apache，用作桌面就不需要。

Linux允许为不同的场合，分配不同的开机启动程序，这就叫做"运行级别"（runlevel）。也就是说，启动时根据"运行级别"，确定要运行哪些程序。

Linux系统有7个运行级别(runlevel)：

• 运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动
• 运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆
• 运行级别2：多用户状态(没有NFS)
• 运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式
• 运行级别4：系统未使用，保留
• 运行级别5：X11控制台，登陆后进入图形GUI模式
• 运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动

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系统初始化

在init的配置文件中有这么一行： si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit　它调用执行了/etc/rc.d/rc.sysinit，而rc.sysinit是一个bash shell的脚本，它主要是完成一些系统初始化的工作，rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本。

它主要完成的工作有：激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块以及其它一些需要优先执行任务。

l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5

这一行表示以5为参数运行/etc/rc.d/rc，/etc/rc.d/rc是一个Shell脚本，它接受5作为参数，去执行/etc/rc.d/rc5.d/目录下的所有的rc启动脚本，/etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本实际上都是一些连接文件，而不是真正的rc启动脚本，真正的rc启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。

而这些rc启动脚本有着类似的用法，它们一般能接受start、stop、restart、status等参数。

/etc/rc.d/rc5.d/中的rc启动脚本通常是K或S开头的连接文件，对于以 S 开头的启动脚本，将以start参数来运行。

而如果发现存在相应的脚本也存在K打头的连接，而且已经处于运行态了(以/var/lock/subsys/下的文件作为标志)，则将首先以stop为参数停止这些已经启动了的守护进程，然后再重新运行。

这样做是为了保证是当init改变运行级别时，所有相关的守护进程都将重启。

至于在每个运行级中将运行哪些守护进程，用户可以通过chkconfig或setup中的"System Services"来自行设定。

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建立终端

rc执行完毕后，返回init。这时基本系统环境已经设置好了，各种守护进程也已经启动了。

init接下来会打开6个终端，以便用户登录系统。在inittab中的以下6行就是定义了6个终端：

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

从上面可以看出在2、3、4、5的运行级别中都将以respawn方式运行mingetty程序，mingetty程序能打开终端、设置模式。

同时它会显示一个文本登录界面，这个界面就是我们经常看到的登录界面，在这个登录界面中会提示用户输入用户名，而用户输入的用户将作为参数传给login程序来验证用户的身份。

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用户登录系统

一般来说，用户的登录方式有三种：

• （1）命令行登录
• （2）ssh登录
• （3）图形界面登录

对于运行级别为5的图形方式用户来说，他们的登录是通过一个图形化的登录界面。登录成功后可以直接进入 KDE、Gnome 等窗口管理器。

而本文主要讲的还是文本方式登录的情况：当我们看到mingetty的登录界面时，我们就可以输入用户名和密码来登录系统了。

Linux 的账号验证程序是 login，login 会接收 mingetty 传来的用户名作为用户名参数。

然后 login 会对用户名进行分析：如果用户名不是 root，且存在 /etc/nologin 文件，login 将输出 nologin 文件的内容，然后退出。

这通常用来系统维护时防止非root用户登录。只有/etc/securetty中登记了的终端才允许 root 用户登录，如果不存在这个文件，则 root 用户可以在任何终端上登录。

/etc/usertty文件用于对用户作出附加访问限制，如果不存在这个文件，则没有其他限制。

<p在分析完用户名后，login 将搜索="" etc="" passwd="" 以及="" shadow="" 来验证密码以及设置账户的其它信息，比如：主目录是什么、使用何种="" shell。如果没有指定主目录，将默认为根目录；如果没有指定="" shell，将默认为="" bin="" bash。<="" p="">

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图形模式与文字模式的切换方式

Linux预设提供了六个命令窗口终端机让我们来登录。

默认我们登录的就是第一个窗口，也就是tty1，这个六个窗口分别为tty1,tty2 … tty6，你可以按下Ctrl + Alt + F1 ~ F6 来切换它们。

如果你安装了图形界面，默认情况下是进入图形界面的，此时你就可以按Ctrl + Alt + F1 ~ F6来进入其中一个命令窗口界面。

当你进入命令窗口界面后再返回图形界面只要按下Ctrl + Alt + F7 就回来了。

如果你用的vmware 虚拟机，命令窗口切换的快捷键为 Alt + Space + F1~F6. 如果你在图形界面下请按Alt + Shift + Ctrl + F1~F6 切换至命令窗口。

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Linux 关机

在linux领域内大多用在服务器上，很少遇到关机的操作。毕竟服务器上跑一个服务是永无止境的，除非特殊情况下，不得已才会关机。

正确的关机流程为：sync > shutdown > reboot > halt

关机指令为：shutdown ，你可以man shutdown 来看一下帮助文档。

例如你可以运行如下命令关机：

sync 将数据由内存同步到硬盘中。

shutdown 关机指令，你可以man shutdown 来看一下帮助文档。例如你可以运行如下命令关机：

shutdown –h 10 ‘This server will shutdown after 10 mins’ 这个命令告诉大家，计算机将在10分钟后关机，并且会显示在登陆用户的当前屏幕中。

shutdown –h now 立马关机

shutdown –h 20:25 系统会在今天20:25关机

shutdown –h +10 十分钟后关机

shutdown –r now 系统立马重启

shutdown –r +10 系统十分钟后重启

reboot 就是重启，等同于 shutdown –r now

halt 关闭系统，等同于shutdown –h now 和 poweroff

最后总结一下，不管是重启系统还是关闭系统，首先要运行 sync 命令，把内存中的数据写到磁盘中。

关机的命令有 shutdown –h now halt poweroff 和 init 0 , 重启系统的命令有 shutdown –r now reboot init 6。

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参考文章：

• http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/08/linux_boot_process.html