启动流程

Posted 2020-09-29

linux系统开机启动过程描述

当按下电源键后计算机硬件会主动读取Bios来加载硬件信息及进行硬件系统的自我测试，之后系统会主动读取第一个可启动的设备（由BIOS设置的），此时就可以读入引导装载程序了(Boot Loader)。 
引导装载程序可以指定使用哪一个内核文件来启动，并实际加载内核到内存当中解压缩与执行，此时内核就能够开始在内存内活动，并检测所有硬件信息与加载适当的驱动程序来使主机开始运行。 
等到内核检测硬件与加载驱动程序完毕后，主机系统开始运行后，此时linux才会调用外部程序开始准备软件执行的环境，并且实际加载所有系统运行所需要的软件程序。最后系统就会开始等待用户的登录与操作。

简单来说：

1. 加载BIOS的硬件信息与进行自我测试，并依据设置取得第一个可启动设备；

2. 读取并执行第一个启动设备内MBR（主引导分区）的Boot Loader（即是gurb等程序）；

3. 依据Boot Loader的设置加载Kernel，Kernel会开始检测硬件与加载驱动程序；

4. 在硬件驱动成功后，Kernel会主动调用init进程（/sbin/init），而init会取得runlevel信息；

5. init执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件来准备软件的操作环境（如网络、时区等）；

6. init执行runlevel的各个服务的启动（script方式）；

7. init执行/etc/rc.d/rc.local文件；

8. init执行终端机模拟程序mingetty来启动login程序，最后等待用户登录。

BIOS

BIOS（Basic Input Output System）加载完硬件信息后，进行开机自检，然后开始执行硬件检测的初始化，并配置PnP设备，之后再定义出可启动的设备顺序，接下来开始进行启动设备的数据读取。

MBR

MBR（Master Boot Record，主引导分区）。每块硬盘的第一个扇区内含有446 Bytes的MBR区域。如果主机上有多块硬盘，系统会依据BIOS的设置，选择某块硬盘的MBR读取引导装载程序。 
系统的MBR指的是第一个启动设备的MBR。

BootLoader

由于我们的系统软件大多放置到硬盘中，所以BIOS会指定启动的设备，好让我们可以读取磁盘中的操作系统内核文件。但由于不同的操作系统的文件系统格式不相同，因此我们必须要以一个引导装载程序（Boot Loader）来处理内核文件加载的问题。

加载内核检测硬件

当通过Boot Loader的管理而开始读取内核文件后，接下来，Linux就会将内核解压缩到内存当中，并利用内核的功能开始测试与驱动各个周边设备，包括存储设备、CPU、网卡、声卡等。此时Linux内核会以自己的功能重新检测一次硬件，而不一定会使用BIOS检测到的硬件信息。也就是说内核此时才开始接管BIOS后的工作。 
内核文件一般放再/boot里面。

第一个进程init

在内核加载完毕之后进行完硬件检测与驱动程序加载后，此时你的主机硬件应该已经准备就绪了，此时内核会主动调用第一个进程/sbin/init。 
/sbin/init最主要的功能就是准备软件执行的环境，包括系统的主机名、网络设置、语系处理、文件系统格式以及其他服务的启动等。而所有的操作都会通过init的配置文件，即是/etc/inittab来规划，而inittab内还有一个很重要的设置选项，runlevel。

init处理系统初始化流程/etc/rc.d/rc.sysinit

/etc/inittab中si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit，这表示开始加载各项系统服务之前，得先设置好整个系统环境，主要是利用/etc/rc.d/rc.sysinit这个shell脚本来设置好系统的环境。

启动系统服务与相关启动配置文件

启动系统服务/etc/rc.d/rc。 
相关启动配置文件/etc/sysconfig。 
加载内核让整个系统准备接受命令来工作，再经过/etc/rc.d/rc.sysinit的系统模块与相关硬件信息的初始化后，我们还需要启动系统所需的各项服务，这样主机才能提供我们相关的网络或主机功能。 
依据/etc/inittab中runlevel的设置值来决定启动的服务选项。

下面是各个runlevel服务启动的各项脚本放置处。 
/etc/inittab中：

   l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0　　l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1　　l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2　　l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3　　l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4　　l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5　　l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 612345671234567

格式： 
id:runlevel:action:process

对/etc/rc.d/rc 3解释：

• 由/etc/rc.d/rc 3可以取得/etc/rc3.d/这个目录来准备处理相关的脚本程序；

• 找到/etc/rc3.d/K??*开始的文件，并进行“/etc/rc3.d/K??*stop操作”；

• 找到/etc/rc3.d/S??*开始的文件，并进行“/etc/rc3.d/S??*start操作”；

根据上图我们可以发现全是连接文件，连接到服务启动目录/etc/init.d/去。

用户自定义开机启动程序/etc/rc.d/rc.local

有任何想要在启动时就进行的工作，直接将它写入/etc/rc.d/rc.local，那么该工作就会在启动的时候被自动加载，而不必等到登录系统后去启动。

根据/etc/inittab的设置加载终端机

在完成了系统所有服务的启动后，接下来Linux就会启动终端机来等待用户登录。

/etc/inittab中

   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 tty6123456123456

init执行终端机模拟程序mingetty来启动login程序，最后等待用户登录。

  （1）POST加电自检

    POST(PowerOnSelfTest)首先对每一个设备进行检查。完成后会交给BIOS寻找存有引导记录的设备，找到后读入操作系统引导记录，然后将系统控制权交给引导记录，并由引导记录来完成系统的顺利启动。

  （2）MBR引导

    MBR(Master Boot Record) MBR记录一般是在磁盘 0 磁道 1 扇区，共512个字节。前446个字节是BootLoder，后 4*16 的 64 个字节是存放分区信息的，最后 2 个字节是校验信息，一般是 55AA。

  （3）GRUB（GRand Unified Bootloader）、加载内核

    就是MBR中的前 446 个字节，是BooTLoader的一种，它的作用是要选择要启动和加载内核的。

  （4）kernel

    Linux属于单核系统：Kernel+各种外围模块组成。通过grub加载内核后（有可能会借助于ramdisk加载驱动），内核开始自我解压并工作通过虚拟根文件系统initrfs 调用init工作。

    ramdisk：内核中的特性之一：使用缓冲和缓存来回事对磁盘上的文件访问；

    CentOS 5: initrd,  工具程序：mkinitrd

CentOS 6: initramfs， 工具程序：mkinitrd, dracut

  （5）启动init程序(/sbin/init)

    init程序的类型：

    SysV: init, CentOS 5

  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

   /sbin/init程序有0-6，七个级别

   0：关机

    1：单用户模式(root, 无须登录), single, 维护模式；

    2: 多用户模式，会启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式；

    3：多用户模式，正常模式；文本界面；

    4：预留级别；可同3级别；

    5：多用户模式，正常模式；图形界面；

    6：重启

    默认级别为3,5，配置文件是/etc/inittab

    

每一行定义一种action以及与之对应的process

配置文件中四个字段的定义：id:runlevel:action:process

   action:（action的选项）

    wait: 切换至此级别运行一次；

    respawn：此process终止，就重新启动之；

    initdefault：设定默认运行级别；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；

 init程序启动以后首先运行脚本/etc/inittab来读取级别，如果你指定级别，就按指定级别运行，不是就是用默认的3级别；

 然后运行/etc/rc.d/rc.sysinit这来初始化脚本；

运行完后会执行/etc/rc.d/rc#.d
    /etc/rc.d 目录中存放着123456运行级别的目录,

每一个rc#.d里都包含很多K或S开头的文件这些都是链接文件，这些文件代表这个级别需要启动和关闭的服务，K开头表示需要关闭的服务，S开头表示需要关闭的服务

    K*: K##*：##运行次序；数字越小，越先运行；数字越小的服务，通常为依赖到别的服务；

      S*: S##*：##运行次序；数字越小，越先运行；数字越小的服务，通常为被依赖到的服务；

    chkconfig命令：查看和管理每个级别下的服务的状态

        查看服务在所有级别的启动或关闭设定情形：

        chkconfig [--list] [name]或者直接chkconfig

        添加：  chkconfig --add name  可以将自己写的一些脚本，让此命令统一管理

    这条命令是在每个级别里面创建对应的K或S开头的文件，创建什么类型的文件要根据/etc/rc.d/init.d (/etc/init.d)的配置文件

我们测试一下，编辑一个配置文件/etc/rc.d/init.d/testsrv

        删除：  chkconfig --del name 服务不由chkconfig这种机制来管理

      修改指定的链接类型：

        chkconfig [--level levels] name <on|off|reset>

            --level LLLL: 指定要设置的级别；省略时表示2345

使用这个命令修改下chkconfig --level 45 testsrv off

    

    前面执行完了，会执行/etc/rc.d/rc.local脚本，此脚本是启动过程中最后启动的一个脚本。

       因此不便或不需写为服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d/目录，且又想开机时自动运行的命令可以放在/etc/rc.d/rc.local中

    最后会执行 /bin/login 登录用户。至此系统启动过程完成