Linux启动流程讲解

Posted 2020-06-30

要了解linux系统的启动流程，先要了解系统的组成

    关于系统的组成：
        内核+根文件系统组成
       

        内核：由内核核心文件和模块文件组成
            1.内核核心文件：一般位于/boot/目录下，命名为vmlinuz-VERSION（版本号）
            2.模块文件：位于/lib/modules/VERSION/目录下，存放着内核的众多功能组件（如驱动）
            3.initrd：位于/boot下，一般命名为initramfs-VERSION，此文件相当于一个简装版的根文件系统，在内核无法挂载文件系统是加载，辅助内核完成真正的根文件系统挂载
       

    补充一些基本概念：（方便在流程讲解中容易理解）

        （1）CMOS：主板上的一块可读写的RAM芯片，保存系统的硬件配置信息
        （2）Bios：基本输入输出系统，写入主板ROM芯片的微系统
        （3）MBR：Master Boot Record，共512字节，446字节boot loader，64字节分区表
        （4）boot loader：启动管理程序，linux启动管理程序为grub或lilo
   

    系统启动的简要流程：
   BIOS开机自检 --> 加载boot loader --> boot load加载内核文件到内存 --> 内核初始化，最后启动init进程 --> init初始化，启动登陆终端

    系统的简单启动流程如以上所示，要了解其中的细节，大概需要分为两层来展开，内核层面和用户层面，以下启动流程基于grub展开

    内核层面：

    1.开机自检：启动电源后，BIOS会读取CMOS中的硬件信息，完成自检后读取“第一启动设备的第一扇区”中的boot loader程序grub 
        
    2.grub引导有三个阶段：stage1、stage1_5、stage2

        stage1：此阶段并不是直接引导内核，而是指向第二扇区的stage1_5

        stage1_5: 识别文件系统并加载stage2

        stage2：找到内核并解压至内存，功成身退

       

    3.内核初始化，并尝试以只读方式挂载根文件系统，根文件系统挂载后，内核便加载驱动，最后内核启动第一个进程init

        若内核无法完成根文件系统挂载，则需要加载initramfs文件来辅助根的挂载

    用户空间层面      
    4. init程序初始化系统环境，通过读取inittab获取运行级别，加载初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit，根据相应的运行级别完成服务的停止和启动，最终启动终端
     
    注意：initramfs是非必须的，取决于内核是否能挂载根文件系统

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init初始化：（CentOS 5的初始化流程）
    init是内核完成初始化最后一步启动的系统第一的进程，其PID为1，init读取inittab配置文件设定运行级别， 然后读取/etc/rc.d/rc.sysinit初始化脚本，完成系统环境初始化，按照运行级别加载和关闭相关服务（相关运行级别服务信息，通过遍历/etc/rc.d/下对应运行级别的目录中的符号连接，符号连接指向/etc/rc.d/ini.d目录下的脚本文件）
    最终启动终端
 
        配置文件：/etc/inittab            
         配置系统运行级别 

[[email protected]_linux ~]# cat /etc/inittab 
# 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:

          0 - halt (系统直接关机)
          1 - single user mode (单人模式，无需登录，用于维护)
          2 - Multi-user, without NFS (无NFS服务的多用户系统)
          3 - Full multi-user mode (有网络功能的命令行模式)
          4 - unused (系统保留功能)
          5 - X11 (加载X Window，与3相似)
          6 - reboot (重新启动)

         注意：默认runlevel不要设置成0或6，否则系统将会不停关机个重启

        配置文件相关语法：
         id:runlevel:action:process
          id:任务标示
          runlevel：运行此任务的级别
          action：启动此任务的条件
          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：

         例子：2:2:wait:/etc/rc.d/rc6.d
          表示切换至2级别要执行一次rc.6的配置文件

    在服务初始化时，优先级别高的服务会先被停止或者启动，被依赖的服务其启动优先级应该高于被依赖的服务，停止优先级应该低于被依赖的服务

    /etc/rc.d/rc.sysinit
        初始化脚本文件，init通过加载此脚本文件初始化系统环境
        初始化信息
         (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


    /etc/rc.d/*.d
     rc.d目录下存放以$runevelrc.d命名的文件，内容是对应runlevel
     应该停止和启动的服务的符号链接，符号连接指向的是/etc/rc.d/init.d目录下的脚本文件

    /etc/rc.local：初始化流程最后指定执行的脚本文件，可通过此文件设定开机自动启动程序

    chkconfig：查看运行级别的服务信息
     查看
      chkconfig [--list] [name]
     添加
      chkconfig --add name
     删除
      chkconfig --del name
     修改
      chkconfig [--level LEVEL] name {no|off|reset}
      不指定level默认为2345

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