centos7的启动过程

Posted 2020-10-04

• 开机启过程

• POST—>BOOT     SEQUENCE—> BOOTLOADER—>KERNEL +     INITRAMFS(INITRD)—>ROOTFS—>/sbin/init

• POST:加电自检

  • 当开机按下电源按钮后，计算机开始加电，主板上的Bios或UEFI基本输入输出程序开始对硬件进行检查，检查内存，CPU等等吧，当检测到错误的时候机器会中断或者启动不了，这个做过电脑维护的人都知道，内存氧化可导至开不了机，还有的机器如果没插鼠标键盘自检也不会通过卡在那里了，不会继续往下走。

• Boot     sequence：选择引导顺序

  • 当自检通过后，接着就要选择引导介质或方式，是通过光盘启动，硬盘启动，网络启动，还是U盘启动，这些也是在BIOS中设定的，所以设定的第一启动项是哪个就从那个开始引导，这个装过WINDOWS的都很熟悉了。

• Bootloader：引导加载器

  • 确定引导介质后便开始从介质中装载引导程序如grub2,这个是一个微小程序，我们知道MBR引导记录大小为512字节，其中前446个字节就是Bootloader,主要用来引导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。

  • grub2就是Linux中Bootloader程序，由于MBR记录限制，所以grub2分为两个部分：

  • 1.在MBR引导记录中，大小为446字节，主要功能是引导启动介质的grub主体文件

  • 2.partition,/boot/grub[2],此为grub的主体。

• KERNEL +     INITRAMFS(INITRD)—>ROOTFS ：加载内核

  • 这时候kernel开始初始化，探测可识别的硬件设备，加载硬件启动程序。以只读方式加载根文件系统

  • kernel在内存中加载时，为了模拟系统环境，会生成一个ramdisk文件，来进行下一步操作，等到加载到真正的根文件系统时，就会退出ramdisk，切换到真正的根文件系统中去。

  • ramdisk：内存上临时虚拟的系统

  • ramdisk(虚拟磁盘，双缓冲，双缓存）---->      ramfs（虚拟文件系统）

  • centos5:initrd

  • 工具程序：mkinitrd

  • centos6,7:initramfs

  • 工具程序：dracut,mkinitrd

• /sbin/init：运行用户空间的第一个应用程序

  • init:

  •           Centos 5: SysV init       配置文件：/etc/inittab

  •           Centos 6: Upstart              配置文件：/etc/inittab;/etc/init/*.conf(主要）

  •           Centos 7: systemd             配置文件：/etc/systemd/system;/usr/lib/systemd/system

• 至此，内核空间就已经启动完毕，内核启动完成接着开始启动用户态启动过程。systemd是个守护进程，pid号为1,后面所有启动的服务或进程都是systemd的子进程及子进程的子进程。

• 那么用户态的启动顺序又是什么样的呢？

  • 设置默认允许级别—>初始化脚本，完成系统初始化--->关闭及启动对应级别下的服务----->设置登录终端----->[启动图形终端]

 

• Systemd新特性：

  • 系统引导时实现服务并行启动，没有顺序之分

  • 按需激活进程

  • 支持系统状态快照

  • 基于依赖关系定义服务控制逻辑

• 关键特性：

  • 基于socket的激活机制：socket与服务程序分离；按需激活程序或服务，可并行启动

  • 基于bus的激活机制：

  • 基于device的激活机制：当某个硬件设备变得可用时就可激活某设备

  • 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

• 不兼容：

  • systemctl命令固定不变，非由systemd启动的服务，systemctl无法与之通信

• 核心概念：unit

  • 配置文件进行标识和配置，文件中主要包含了系统服务，监听socket，保存的系统快照以及其它与init相关的信息，保存至：

  • /usr/lib/systemd/system

  • /run/systemd/system

  • /etc/systemd/system

• unit的类型

  • Service      unit：文件扩展名为.service 无需执行权限，用于定义系统服务

  • Target      unit：文件扩展名为.target,用于模拟实现“运行级别”

  • Device      unit：文件扩展名为.device,用于定义内核识别的设备

  • Mount      unit：文件扩展名为.mount,定义文件系统挂载点

  • Socket      unit：文件扩展名为.socket,用于标识进程间通信用的socket文件

  • Snapshot      unit：文件扩展名为.snapshot,管理系统快照

  • Swap      unit：文件扩展名为.swap,用于标识swap设备

  • Automount      unit：文件扩展名为.automount,文件系统的自动挂载点

  • Path      unit：文件扩展名为.path,用于定义文件系统中的一个文件或目录

• 管理系统服务

  • 启动：systemctl      start name.service

  • 停止：systemctl      stop name .service

  • 重启：systemctl      restart name.service

  • 重载：systemctl      reload name.service

  • 条件式重启：systemctl      try-restart name.service

  • 查看某服务当前是否运行：systemctl      is-active name.service

  • 查看所有已经激活的服务：systemctl      list-units –type service systemctl list-units –type service –-all

  • 开机自启动：systemctl      enable name.service

  • 开机不启动：systemctl      disable name.service

  • 查看所有服务开机自启动状态：systemctl      list-unit-files –-type service

  • 查看服务是否开机自启：systemctl      is-enabled name.service

  • 查看服务的依赖关系：systemctl      list-dependencies name.service

  • 禁止设定为开机自启：systemctl      mask name.service

  • 取消禁止设定为开机自启：systemctl      unmask name.service

 

• Target     units:（模拟运行级别）

  • unit配置文件，以.target后辍名结尾

  • 关机：runlevel0.target,poweroff.target

  • 救援：runlevel1.target,rescue.target

  • 多用户：multi-user.target

  • 图形：graphical.target

  • 重启：reboot.target

  • 级别切换：systemctl      isolate name.target

  • 查看级别：systemctl      list-units –-type target       systemctl      get-default

  • 设置级别：systemctl      set-default name.target

  • 切换至紧急救援模式：systemctl      rescue

  • 切换至emergency模式：systemctl      emergency(服务不加载不启动，驱动不加载，更彻底）

• 其它常命令

  • 关机：systemctl      halt,systemctl poweroff

  • 重启：systemctl      reboot

  • 挂起：systemctl      suspend

  • 快照：systemctl      hibernate

  • 快照并挂起：systemctl      hybrid-sleep

 

• 常规启动流程

用粗体下划线标识的目标单元经常被用作启动目标。有两种方法可以指定启动目标：
(1)使用 systemd.unit= 内核命令行参数(参见systemd手册)；

(2)使用 default.target 软连接。
因为 timers.target 以异步方式包含在 basic.target 中，所以 timer 单元可以依赖于在 basic.target 之后才启动的服务。

 local-fs-pre.target
             |
             v
     (各个 mounts 与       (各个 swap       (各个加密块设备
      fsck services)        devices)            devices)        (各个底层服务        (各个底层API虚拟
             |                  |                  |             services: udevd,     文件系统 mounts:
             v                  v                  v             tmpfiles, random     mqueue, configfs,
      local-fs.target      swap.target     cryptsetup.target     seed, sysctl ...)      debugfs ...)
             |                  |                  |                    |                    |
             \__________________|_________________ | ___________________|____________________/
                                                  \|/
                                                   v
                                            sysinit.target
                                                   |
              ____________________________________/|\________________________________________
             /                  |                  |                    |                    \
             |                  |                  |                    |                    |
             v                  v                  |                    v                    v
       (各个 timers)      (各个 paths)             |             (各个 sockets)        rescue.service
             |                  |                  |                    |                    |
             v                  v                  |                    v                    v
       timers.target      paths.target             |             sockets.target        rescue.target
             |                  |                  |                    |
             v                  \_________________ | ___________________/
             .                                    \|/
             . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
                                             basic.target
                                                   |
              ____________________________________/|                                 emergency.service
             /                  |                  |                                         |
             |                  |                  |                                         v
             v                  v                  v                                 emergency.target
         display-        (图形界面所必须    (各个系统服务)
     manager.service      的各个系统服务)          |
             |                  |                  v
             |                  |         multi-user.target
             |                  |                  |
             \_________________ | _________________/
                               \|/
                                v
                       graphical.target

 

• initrd 启动流程

                                                     basic.target
                                                   |                                 emergency.service
                            ______________________/|                                         |
                           /                       |                                         v
                           |                  sysroot.mount                          emergency.target
                           |                       |
                           |                       v
                           |             initrd-root-fs.target
                           |                       |
                           |                       v
                           v            initrd-parse-etc.service
                    (各个自定义的                  |
                   initrd services)                v
                           |            (sysroot-usr.mount 以及
                           |            fstab 中带有 x-initrd.mount
                           |               标记的各个挂载点)
                           |                       |
                           |                       v
                           |                initrd-fs.target
                           \______________________ |
                                                  \|
                                                   v
                                              initrd.target
                                                   |
                                                   v
                                         initrd-cleanup.service
                                (使用 isolates 启动 initrd-switch-root.target)
                                                   |
                                                   v
                            ______________________/|
                           /                       v
                           |        initrd-udevadm-cleanup-db.service
                           v                       |
                   (各个自定义的                   |
                  initrd services)                 |
                           \______________________ |
                                                  \|
                                                   v
                                       initrd-switch-root.target
                                                   |
                                                   v
                                       initrd-switch-root.service
                                                   |
                                                   v
                                         切换到主机上的操作系统

• 关机流程

systemd 系统在关机时同样遵循固定的流程，具体如下图

 (与所有系统服务互斥)   (与所有文件系统 mounts, swaps, cryptsetup devices 互斥)
                              |                                      |
                              v                                      v
                       shutdown.target                         umount.target
                              |                                      |
                              \______________________   _____________/
                                                     \ /
                                                      v
                                             (各个底层 services)
                                                      |
                                                      v
                                                final.target
                                                      |
                _____________________________________/ \_________________________________
               /                         |                        |                      \
               |                         |                        |                      |
               v                         v                        v                      v
    systemd-reboot.service   systemd-poweroff.service   systemd-halt.service   systemd-kexec.service
               |                         |                        |                      |
               v                         v                        v                      v
        reboot.target           poweroff.target          halt.target          kexec.target

用粗体下划线标识的目标单元经常被用作关机目标。

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