Linux系统启动流程

    下面按照系统的启动顺序来进行逐一的讲解。

一、POST

    当我们按下开机的电源后,主板上的芯片组会首先向CPU发出一个reset指令,之后待芯片组检测到电源供电稳定后便撤去reset指令,CPU就会跳转到BIOS中的启动代码位置; BIOS首先要检测关键设备(如内显、显卡等)是否正常,这个过程就称为POST(加电后自检)。

    POST完成后BIOS会调用其它代码来进行完整的硬件检测。 

二、(BIOS) boot sequence

    引导次序:按次序找引导设备,第一个有引导程序的设备,即为启动PC Server所用到的设备。 

三、MBR(Bootloader)

    MBR(Mater Boot Record),即主引导记录。其位置在第一个扇区的前512字节。Bootloader是安装于MRB当中的引导管理程序,早期比较常见的Bootloader程序为LILO,但因为其不支持1023柱面以后的分区,所以现在比较常用的为GRUB。

    GRUB(Grand Unified Bootloader)是由GNU下的FSF组织所推行的;CentOS 5和CentOS 6上使用的版本为Grub 0.97,而CentOS 7上使用的版本为Grub2 1.96。

    下面以CentOS 6为例来了解一下GRUB:

    我们先来看一下系统的上GRUB目录中的内容,如下图所示:

1.png

    从上图中可以看到stage1、*_stage1_5和stage2这三类文件,它们分别表示GRUB引导时的三个阶段。

        1)stage 1

            stage 1文件其实是MBR中Bootloader的备份文件,虽然stage 1也是512B但只有前446B与MBR相同,后64B完成不一样。

2.png3.png4.png

        2)stage1_5

            grub目录中存在许多以stage1_5结尾的文件,这些文件都是stage1_5阶段功能的文件,里面存放着文件系统的格式,其作用是连接stage1和stage2的一个通道。

            stage1_5文件的内容保存在MBR后面的32K中;其实stage1.5文件会在安装GRUB时安装到MBR后的32K中,系统启动时会直接读取MBR后面的内容,即使这些文件不存在也不会影响GRUB的正常工作。

        3)stage 2

            在此阶段会读取grub.conf配置文件中设置信息来完成系统的引导,并且可以实现引导功能的扩展。

5.png

        GRUB的功能如下:

            1)提供菜单,并提供交互式接口

                e:进入编辑模式;

                a:直接修改内核参数;

                c:进入命令行模式。

            2)选择要启动的内核或系统

                允许传递引导参数给内核;

                选择界面可隐藏。

            3)为编辑功能提供机制

                可以为指定的内核得添加密码。

        grub.conf文件内容:

            default=:选择第几个title配置的内核或系统,各title从0开始编号;

            timeout=#:菜单显示的超时时长;

            splashimage=/path/to/some-image_file:指定菜单背景图片,此图片只能为14bits色,xpm格式,gzip压缩;

            hiddenmenu:隐藏菜单;

            tiltle TITLE SIRING:显示于菜单中的标题;

            root:指定引导分区;

            kernel:指明kernel的位置;

            initrd:指明initramfs的位置。

四、kernel+ramdisk (initramfs) 

    在GRUB的选择界面里按e,进入编辑模式,可以看到kernel和ramdisk,如下图所示:

6.png

    kernel是操作系统的内核程序,所有的软硬件都是通过kernel来沟通的。在上图中的vmlinuz文件就是开机时所用的kernel。

    initrd(initial ramdisk),是激活系统所必须加载的文件系统。

    当kernel被载入到内存后,需要加载相应驱动程来识别文件系统,这时initrd就充当了临时的系统被挂载到rootfs上,其作用就是协助kernel来加载驱动程序。

五、/sbin/init(/etc/init/*.conf)设定默认运行级别

    /sbin/init会使用/etc/init/目录中的.conf配置文件来对系统进行配置,之后调用/etc/rc.d/rc.sysinit文件对系统进行初始化。

    在进行系统配置的过程时,init会检测系统默认的runlevel(运行级别),并根据runlevel的信息来做相应的配置,在说明启动服务时会集中讲解runlevel,这里就只是先介绍一下CentOS的7个运行级别: 

        0:关机;

        1:单用户,s,S,single;

        2:多用户,不支持NFS功能;

        3:完全多用户,文本接口;

        4:未使用,预留级别;

        5:完全多用户,图形接口;

        6:重启。

六、使用/etc/rc.d/rc.sysinit初始化系统

    1、设定主机名:读取/etc/sysconfig/network文件中的HOSTNAME参数,并以之设定主机名;

    2、打印文本欢迎信息;    

    3、激活SElinux和udev; 

    4、挂载/etc/fstab文件中定义的其它文件系统;

    5、激活swap;

    6、检测根文件系统,并以读写方式重新挂载;

    7、设置系统时钟;

    8、根据/etc/sysctl.conf设置内核参数;

    9、激活LVM和RAID;

    10、加载额外设备的驱动程序;

    11、清理工作。

七、启动或关闭指定服务

    启动指定的级别默认为启动的服务,停止指定的级别下默认为关闭的服务。

    /etc/rc.d/目录中rc0.d-rc6.d这7个目录中分别存放了不同运行级别启动或关闭时所要执行的脚本。

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    以rc3.d为例,在上面列出的所有脚本文件都是链接文件,其中:S##表示启动的服务,K##表示要停止的服务,##的范围是从0到99,数字越小,优先级越高。

    根据系统默认的运行级别来调用各级别对应的脚本,默认运行级别在配置文件/etc/inittab中设置。

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    也可以手动修改脚本的默认运行级别。

    使用chkconfig命令来调整服务脚本在各运行级别下默认的启动与关闭。

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    如果期望自定义的脚本使用chkconfig来控制,需要按照以下步骤操作:

        1、在脚本中添加以下语句:

            #chkconfig: – 85 15

                -:当此脚本由chkconfig控制时,默认哪些级别是开启的,“-”表示全部级别;

                85:启动优先级;

                15:关闭优先级;

        2、将脚本复制到/etc/init.d/目录中;

        3、加入脚本到运行级别列表:

            chkconfig –add 脚本名

    从运行级别列表中删除脚本:chkconfig –del 脚本名

    /etc/rc.d/rc.local(/etc/rc.local):是一个脚本,通常为系统启动完成的最后运行的一个脚本。

八、显示终端登录界面

    

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