CentOS系统启动流程

Posted 2022-06-06

CentOS系统启动流程

• Linux系统的组成部分
  Linux系统的组成部分：内核+根文件系统
  内核:进程管理，内存管理，网络协议栈，文件系统，驱动程序，安全功能
  内核设计流派:
  单内核设计:把所有功能集成同一个程序
  微内核设计:每种功能使用一个单独的子系统实现
  linux内核特点:支持模块化: .ko(kernel object)
  支持模块运行时动态装卸或卸载
  组成部分:
  核心文件: /boot/vmlinuz-VERSION-release
  ramdisk：CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img
  CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img
  模块文件:/lib/modules/VERSION-release
  运行中的系统环境可分为两层：内核空间、用户空间
  用户空间：应用程序（进程或线程）
  内核空间：内核代码（系统调用）

• CentOS 系统的启动流程
  1.加载Bios的硬件信息，获取第一个启动设备
  2.读取第一个启动设备MBR的引导加载程序(grub)的启动信息
  3.加载核心操作系统的核心信息，核心开始解压缩，并尝试驱动所有的硬件设备
  4.核心执行init程序，并获取默认的运行信息
  5.init程序执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件
  6.启动核心的外挂模块
  7.init执行运行的各个批处理文件(scripts)
  8.init执行/etc/rc.d/rc.local
  9.执行/bin/login程序，等待用户登录
  10.登录之后开始以shell控制主机
• 详细说明启动流程
  1..加载BIOS的硬件信息，获取第一个启动设备:
  POST,加电自检是BIOS功能的一个主要部分，负责完成对CPU，主板，内存，硬盘子系统，显示子系统，串并行接口，键盘等硬件情况的检测
  ROM:BIOS，保存着有关计算机系统最重要的基本输入输出程序，系统信息设置，开机加电自检程序和系统启动自举等
  RAM:CMOS互补金属氧化物半导体，保存各项参数的设定
  按次序查找引导设备，第一个有引导程序的设备为本次启动设备
  bootloader：引导加载器，程序；
  Windows：ntloader
  Linux：
  LILO：LIinux LOader
  GRUB：Grand Uniform Bootloader
  GRUB 0.X：Grub Legacy
  GRUB 1.X：Grub2
  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，而后把系统控制权移交给内核

2.读取第一个启动设备MBR的引导加载程序(grub)的启动信息

 MBR:第一个扇区
            前446字节:bootloader
            中间64字节:分区表
            最后2字节:55AA

GRUB：
bootloader：1st stage
Partition：filesystem driver, 1.5 stage
Partition：/boot/grub, 2nd stage

3.加载核心操作系统的核心信息，核心开始解压缩，并尝试驱动所有的硬件设备

Kernel:
      自身初始化:
                   探测可识别到的所有硬件设备
                         加载硬件驱动程序
                         以只读方式挂载根文件系统
                         运行用户空间的第一个应用程序:/sbin/init

init程序的类型:
Centos5-:SysV int
配置文件:/etc/inittab
Centos6:Upstart
配置文件：/etc/inittab
/etc/init/*.conf
CentOS 7：Systemd
配置文件：/usr/lib/systemd/system/, /etc/systemd/system/
ramdisk:
Linux内核的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问；
ramdisk --> ramfs
CentOS 5: initrd
工具程序：mkinitrd
CentOS 6,7: initramfs
工具程序：dracut, mkinitrd
4.核心执行init程序，并获取默认的运行信息
init 程序的类型：

1.SysV: init, 在CentOS 5中的开机速度是最慢的原因是采用SysV init方式，其特点是启动用户空间的服务程序，通常通过脚本进行，有依赖关系的服务将被串行启动。

 (1)运行级别：为了系统的运行或维护等目的而设定的机制；
       0-6：7个级别；
                   0：关机, shutdown
                   1：单用户模式(single user)，root用户，无须认证；维护模式；
                   2:多用户模式(multi user)，会启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式；
                   3:多用户模式(mutli user)，完全功能模式；文本界面；
                   4:预留级别：目前无特别使用目的，但习惯以同3级别功能使用；
                   5:多用户模式(multi user)， 完全功能模式，图形界面；
                   6:重启，reboot
            默认级别：3, 5
            级别切换：init #
            级别查看：
                    who -r
                    runlevel
(2)配置文件：/etc/inittab
    每行定义一种action以及与之对应的process
               id:runlevels:action:process
                          id：一个任务的标识符；
                          runlevels：在哪些级别启动此任务；#，###，也可以为空，表示所有级别；
                          action：在什么条件下启动此任务；
                          process：任务；
                    action：
                       wait：等待切换至此任务所在的级别时执行一次；
                         respawn：一旦此任务终止，就自动重新启动之；
                         initdefault：设定默认运行级别；此时，process省略；
                         sysinit：设定系统初始化方式，此处一般为指定/etc/rc.d/rc.sysinit脚本；
        2.Upstart: init,CentOS 6 #CentOS 6的开机速度比5会快一些因为他采用的是Upstart的方法虽然你见到的名字还叫做init但是很多机制都是采用ubuntu开发的Upstart这个机制，特点是守护进程间的通信依赖于D-Bus进行，因此可基本实现类似的并行启动
         init程序：upstart，但依然为/sbin/init，其配置文件：
                       /etc/init/*.conf, /etc/inittab（仅用于定义默认运行级别）
                                         *.conf为upstart风格的配置文件；
        3.Systemd ：systemd, CentOS 7 #在7中的启动速度最快的原因是采用Systemd的方式，其特点是服务只有第一次被访问时才会真正的启动起来
                              核心概念：unit,unit由其相关配置文件进行标识、识别和配置；文件中主要包含了系统服务、监听的socket、保存的快照以及其它与init相关的信息；
                               这些配置文件主要保存在：
                                        /usr/lib/systemd/system
                                        /run/systemd/system
                                        /etc/systemd/system
                            unit的常见类型：
                                   Service unit：文件扩展名为.service，用于定义系统服务；
                                   Target unit：文件扩展为.target，用于模拟实现“运行级别”；
                                    Device unit： .device，用于定义内核识别的设备；
                                    Mount unit： .mount，定义文件系统挂载点；
                                    Socket unit： .socket，用于标识进程间通信用到的socket文件；
                                    Snapshot unit： .snapshot， 管理系统快照；
                                    Swap unit： .swap, 用于标识swap设备；
                                    Automount unit： .automount，文件系统自动点设备；
                                    Path unit： .path, 用于定义文件系统中的一文件或目录；
              关键特性：
                    基于socket的激活机制：socket与程序分离；
                     基于bus的激活机制；
                     基于device的激活机制；
                     基于Path的激活机制；
                     系统快照：保存各unit的当前状态信息于持久存储设备中；
                      向后兼容sysv init脚本；/etc/init.d/
            不兼容：
                 systemctl的命令是固定不变的；
                 非由systemd启动的服务，systemctl无法与之通信；

5.init程序执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件

系统初始化脚本：/etc/rc.d/rc.sysinit
   (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，并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；
 (11) 清理操作；

6.启动核心的外挂模块
7init 执行运行的各个批处理文件(scripts)

        在系统/etc/rc.d/rc.sysinit初始化完成系统之后，此时系统就已经可以正常工作了，只是还缺少启动时所需要的各项服务，这样主机才能提供一些我们需要的功能，如网络服务、dhcp服务等功能这里通过inittab里面提到的l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3配置了，而这里其实是通过/etc/rc.d/rc3.d/下所有链接文件来决定如何启动或关闭服务；素有以S开头的都被传递start参数启动，所有以K开头的，都被传递stop参数以停止。
        而/etc/rc.d/rc3.d/下的所有链接文件都是在/etc/init下面的所有脚本，而这些脚本都必须至少接受四个最基本的参数，｛start|stop|status|restart｝
        意味着去启动或关闭/etc/rc.d/rc3.d/目录下的服务脚本所控制服务；
                K*：要停止的服务；K##*，优先级，数字越小，越是优先关闭；依赖的服务先关闭，而后关闭被依赖的；
                S*：要启动的服务；S##*，优先级，数字越小，越是优先启动；被依赖的服务先启动，而依赖的服务后启动；
      rc脚本：接受一个运行级别数字为参数；
            /etc/init.d/* (/etc/rc.d/init.d/*)脚本执行方式：
                    /etc/init.d/SRV_SCRIPT  start|stop|restart|status
                  service  SRV_SCRIPT   start|stop|restart|status
        chkconfig命令：管控/etc/init.d/每个服务脚本在各级别下的启动或关闭状态；
                                            查看：chkconfig  --list   [name]
                                            添加：chkconfig  --add  name
                能被添加的服务的脚本定义格式之一：
                                     #!/bin/bash
                                     #
                                     # chkconfig: LLL  NN NN
                                    # description:  
                                     删除：chkconfig  --del  name
                修改指定的链接类型：
                        chkconfig  [--level  LEVELS]  name  <on|off|reset>
                     --level LEVELS：指定要控制的级别；默认为2345；

8.init 执行/etc/rc.d/rc.local
注意：正常级别下，最后启动的一个服务S99local没有链接至/etc/init.d下的某脚本，而是链接至了/etc/rc.d/rc.local （/etc/rc.local）脚本；因此，不便或不需写为服务脚本的程序期望能开机自动运行时，直接放置于此脚本文件中即可。
? /etc/rc.d/rc.local 在指定运行级别脚本后运行
? 可以根据情况，进行自定义修改
9执行/bin/login 程序，等待用户登录
10登录之后开始以Shell控制主机

CentOS 6 启动流程：POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader -->Kernel(ramdisk) --> rootfs --> switchroot --> /sbin/init -->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 别 设定默认运行级别 --> 系统初始化脚本 rc.sysinit --> 务 关闭或启动对应级别的服务 --> 启动终端