CenOS/Fedora系统启动的整个流程——符合多数linux系统

Posted 2020-09-17

本文主要讲述CenOS系统启动的整个流程，同系列系统也基本相符，不同系列Linux也差不多。

对于CentOS系统来说，整个启动过程可分为4个阶段，分别是：

加点自检；

加载MBR；

加载内核并执行初始化信息；

初始化用户空间。

下面就具体来描述每个过程都做了什么。

加电自检（power on system test，POST）

任何一种操作系统的启动，第一步必定是加电自检, 主要功能是装载在硬件芯片CMOS之上的Bios(Basic Input Output System)来实现，这个程序CMOS会根据CMOS上的配置信息去检测当前计算机是否具有启动系统的基本硬件能力，比如CPU，内存是否正常等等。

选择启动顺序，加载MBR（Master Boot Record，MBR）

完成BIOS初始化之后，BIOS会列出一些可以 启动的装置顺序，然后根据这个顺序去找对应的内核文件。但是由于不同系统的文件系统系统可能会不同，所以就有了一个叫做启动管理程序，来处理文件系统不同 这些问题，而这个程序就叫做Booot Loader,它位于可以启动的第一块硬盘的MBR(Master Boot Record)中。MBR则是位于可以启动的硬盘的第一个扇区之内，Boot Loader还要完成操作系统的识别，加载核心文件的功能，当用户安装多个系统以后，还会提供一个让用户选择要启动的操作系统的菜单。因此当MBR被破坏 以后，Boot Loader也会收到影响，进而就会导致无法启动系统。

加载内核Kernel,并执行系统初始化信息

当Boot Loader读取操作系统内核文件后，接下来就会将内核文件解压后装载到内存之中，并依据内核所提供的功能去测试设备。此时，内核程序还没加载到磁盘，也就是说此时系统还没有磁盘的驱动能力，那又如何加载位于磁盘上的内核文件呢？

Linux采用了一种叫做虚拟文件系统 （Initial RAM DISK）来解决这个问题,它的主要功能是：通过Boot Loader程序加载到内存中，然后这个文件就会被解压展开到模拟的根文件系统中，这个根文件系统能提供一个可运行的程序，通过这个程序加载核心的模块， 完成之后，释放虚拟的文件系统，并挂载真实的根文件系统，完成根切换，之后就能执行正常的启动过程。

启动用户空间的第一个程序，初始化用户空间

1.完成以上三步之后，内核会呼叫用户空间的第一个程序：/sbin/init，这个程序会完成一系列的初始化操作，包括主机名设定，网络配置等操作，所有的这些操作都是在init的配置文件中定义的。因此init配置文件就至关重要。

对于CentOS5:其采用的是SysV init方式，通过脚本启动服务，有依赖关系的服务就会被串行启动，配置文件为/etc/inittab

对于CentOS6:采用Upstart方式进行，进程间的通信通过D-Bus进行，可以基本实现类似并行启动，配置文件为/etc/inittab,/etc/init/*.conf

对于CentOS7:采用了全新的Systemd方式，其特点是只有在服务第一次被启动才会真正启动，其配置文件为/usr/lib/systemd/*

2.init配置文件

在init配置文件中，尤为重要的一项是设置系统的默认运行级别，而在Linux之上，运行级别0-6七种级别，分别是：

0：关闭所有服务，然后关机

1：维护模式，也叫单用户模式，允许root用户可以不用密码直接登录系统

2：维护模式，也叫多用户模式，需要认证，会启动网络

3：正常级别，完全多用户模式，提供文本界面

4：预留级别，暂未使用

5：正常级别：完全多用户级别，提供图形节界面

6：关闭所有服务，重新启动

常看运行级别的方法：runlevel 或者 who -r

切换运行级别的方法：init run_level

在CentOS6中，/etc/inittab文件内容是：

# 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:3:initdefault:

因此init的整个处理流程为：

1.通过读取/etc/inittab文件来设定运行级别

2.使用/etc/rc.d/rc.sysinit来初始化系统

3.执行3级别下所设定的操作，并忽略其他级别设定的配置

从上面可以看到，初始化系统是根据/etc/rc.d/rc.sysinit进行的，这个脚本的主要的任务是：

1.根据/etc/sysconfig/network文件来设定主机名

2.打印文本欢迎信息

3.激活SELinux和udev

4.挂载/etc/fatab中定义的文件系统

5.激活swap设备

6.检测根文件系统

7.设置系统时钟

8.根据/etc/sysctl.conf文件来设定内核参数

9.激活LVM和RAID

10.加载驱动程序

11.清理操作

当内核设定运行级别以后，就要去完成对应级别下的操作，而这些级别对应下的任务是/etc/rc.$runlevle.d

/下的操作，不同级别下这些脚本被成为服务脚本，这些脚本决定如何开启或关闭服务，而具体的方式则是系统通过传递S参数来启动服务，传递K来关闭服务；这些服务脚本的定义规范为：

（1）至少接受四个参数：

start:启动服务

restart:重启服务

stop:停止服务

status:查看服务运行状态

（2）脚本的开头

#chkconfig :start_level start_prio stop_prio

#description:description information

这些脚本可以通过/etc/init.d/script_name {start|stop|status|restart}调用，也可以通过service script_name {start|stop|status|restart}调用

GRUB（GRand Unified Bootloader）

1.在系统启动过程中，Boot Loader至关重要，然而Boot Loader处于MBR当中，MBR的大小是512bytes,只有其中的446bytes是用来存放Boot Loader的，为了解决存放Boot Loader的位置空间的大小问题，Linux将Boot Loader的程序分成三个阶段来运行，在Linux上，grub是使用最广泛的启动加载器：

stage1:

执行Boot Loader主程序，这必须安装在MBR中，而且没有安放Boot Loader相关的配置文件

stage1_5:

在MBR随后的分区存放，主要用于与stage2所在的文件系统进行交互

stage2:

通过Boot Loader加载所有配置文件及其相关的参数信息，而这些信息全都存放于/boot目录之下，这些配置文件主要包括：

device.map:定义grub的安装位置

e2fs_stage1_5:ext2文件系统定义

fat_stage1_5:fat文件系统定义

ffs_stage1_5:文件系统定义

grub.conf:grub的配置文件

iso9660_stage1_5:光驱的定义

jfs_stage1_5:jfs文件系统发的定义

menu.lst:链接文件

minix_stage1_5:文件系统的定义

reiserfs_stage1_5:reiser文件系统的定义

splash.xpm.gz:背景图片

stage1:stage1相关的信息

stage2:stage2相关的信息

ufs2_stage1_5:ufs文件系统的定义

vstafs_stage1_5:vfs文件系统的定义

xfs_stage1_5:xfs文件系统的定义

2.Linux一切皆文件，对grub的配置也不例外，其配置文件为/etc/grub.conf

（1）设置grub的方法一，直接修改其配置文件

# 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/sda3

# initrd /initrd-[generic-]version.img

#boot=/dev/sda

default=0 #设定默认要启动的内核

timeout=5 #设定可供用户选择的超时时长

splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz #定义背景图片

hiddenmenu #隐藏选择菜单

title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64) #设定操作系统的名称

root (hd0,0) #设定要启动的内核所在的位置

kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=908a3c89-4592-4dc4-8dc2-b5261f7c0e83 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM.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 #设定辅助内核引导的ramdisk文件的位置

（2）通过命令行接口

进入grub命令行，可以在启动时根据提示的信息进入，在对应的title输入c就能进入，

常用的grub命令有：

help:获取帮助信息

find:查找文件

root:设定要启动的内核所在的位置

kernel:设置内核文件路径

initrd:设定ramdisk的位置

Grub应用实例

为运行于虚拟机上的CentOS 6添加一块新硬件，提供两个主分区；

(1) 为硬盘新建两个主分区；并为其安装grub；

(2) 为硬盘的第一个主分区提供内核和ramdisk文件； 为第二个分区提供rootfs；

(3) 为rootfs提供bash、ls、cat程序及所依赖的库文件；

(4) 为grub提供配置文件；

(5) 将新的硬盘设置为第一启动项并能够正常启动目标主机；

具体过程为：

（1）创建分区，结果为

（2）格式化分区：

（3）创建目录

（4）挂载

（5使用grub-install安装grub

(6)提供内核文件和ramdisk文件

(7)为rootfs提供bash,ls,cat程序

复制库文件：

（8）为grub提供配置文件

至此，制作完成。