CentOS6系统启动流程

概述

    了解系统的启动流程,有助于我们了解Linux系统上的一些工作原理,有助于我们深入的理解一个系统的运作方式,那么本篇就以CentOS6系统为例,介绍一下有关Linux系统启动相关的内容,分为一下几个部分:

    1、Linux系统的一些基础概念

    2、CentOS6上的启动流程概述

    3、系统启动相关故障恢复和系统服务脚本案例

第一章    Linux系统启动相关的基本概念

    1、Linux系统的组成部分:内核+根文件系统

        内核的功能:进程管理、内存管理、网络协议栈、文件系统、驱动程序、安全功能(加密解密的栈、SELINUX等)

    2、运行中的系统环境可分为两层:内核空间、用户空间

        用户空间:一般执行的是应用程序(进程或线程)

        内核空间:执行的是内核代码,当用户空间的程序需要用到特权指令,硬件调度等内核级别操作时,通过系统调用,向内核发起申请,由内核执行后,将结果返回给用户空间的程序

    3、内核设计流派:

        单内核设计:把所有功能集成于同一个程序,linux是单内核

        微内核设计:每种功能使用一个单独的子系统实现,windows是微内核

    4、Linux内核特点:

        支持模块化:虽然是单内核设计,把所有功能集成于同一个程序,但是linux支持模块化的设计,将一些非关键性的功能等,做成模块,一般内核模块文件为XXX.ko  (kernel object)

        支持模块运行时动态装卸载:当一个模块需要用到时,可以动态对其进行装载,用不到时,可以动态进行卸载,这样实际上就类似微内核的设计理念

    5、Linux内核的组成部分:

        核心文件:如:/boot/vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 

        ramdisk:因为系统启动时,根文件系统的一定是在某个磁盘分区上,而内核如果没有编译该根文件系统的相关驱动,这样就会导致无法正常启动系统;并且内核需要加载的各种模块文件,其都在/lib/modules/目录下,此目录必然在/根下,而根无法驱动,也会造成相关内核模块无法正常运行,进而也不能启动系统,此时,就需要借助ramdisk来完成对根文件系统的驱动。而ramdisk是在/boot目录下,/boot目录是由grub的1.5阶段进行驱动的

                centos5:/boot/initrd-VERSION-RELEASE.img

                centos6、7:/boot/initramfs-VERSION-RELEASE.img

        各种模块文件:/lib/modules/内核版本号/* 

        如果安装了多个内核版本,则对应的目录下就有多个文件,或多个目录

第二章    CentOS6上的启动流程概述

    1、CentOS6上的启动流程概述

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    2、POST加电自检

        POST: Power-On-Self-Test,加电自检,是BIOS功能的一个主要部分。负责完成对CPU、主板、内存、硬盘子系统、显示子系统、 串并行接口、键盘、 CD-ROM光驱等硬件情况的检测。
                ROM: BIOS, Basic Input and Output System,保存着有关计算机系统最重要的基本输入输出程序,系统信息设置、 开机加电自检程序和系统启动自举程序等。
                RAM: CMOS互补金属氧化物半导体,保存各项参数的设定
                按次序查找引导设备,第一个有引导程序的设备为本次启动设备

        

    3、bootloader程序(Linux系统上为grub)

        引导过程:根据BIOS中设定的次序查找各引导设备,第一个有引导程序的设备,即为本次启动要用到的设备

        引导程序:bootloader:引导加载器、程序

                windows:叫ntloader

                Linux:

                        LILO:linux loader  现在很多android用的就是此引导程序,对1024柱面后的分区不支持 

                        GRUB:grand uniform bootloader

                                Centos6: GRUB 0.X  零点几的版本

                                Centos7: GRUB 1.X  一点几的版本

                                1.X与0.X有很大不同,故GRUB 0.X的版本被称为grub legacy,而GRUB 1.X的版本被称为Grub2

        引导程序的功能:

            提供一个菜单,允许用户选择要启动的系统或不同的内核版本;并能够把用户选定的内核,装载到内存中的特定空间中,对其进行解压展开,而后把整个系统的控制权,移交给内核

        MBR:Master Boot Record主分区不能超过4个

            MBR:一共512个字节byte,前446个字节存储bootloader,后64byte存储了分区表(fat),最后2个字节是存储着4个16进制数据,一般为55AA,表示该MBR是有效的,其他数字表示该MBR无效

            英文字符中,1个字符就需要1个字节

            GRUB:因为MBR中只有前446个字节存储bootloader,GRUB是bootloader的一种实现方式,也就是说GRUB正常情况下,只能有446个英文字符,这样对程序员来说,要求太高,故通常情况下,grub分成以下几个阶段:

                    第一阶段:存储在bootloader中

                    第1.5阶段:文件系统驱动,称为第1.5阶段,通常存储在MBR紧跟着的扇区中,用来驱动/boot分区

                    第二阶段:放在硬盘的/boot分区的/boot/grub下

                    第三阶段:加载内核

                一般情况下,系统启动时是加电自检,然后bootloader进行加载内核,但是grub风格的bootloader是先加载grub的第二阶段,就是加载磁盘中的/boot/grub,该程序就摆脱了446字节的限定,从而提供了丰富的启动接口,然后由该程序加载内核

            注意:UEFI、GPT并不适用以上理论

    4、加载内核,内核进行自身初始化

        自身初始化的步骤和功能

            <1>进行自身初始化:

                探测可识别到的所有硬件设备

            <2>加载硬件驱动程序;(可能会借助于ramdisk加载驱动)

            <3>以只读方式挂载根文件系统;(之所以要以只读方式挂载,是为了避免万一内核有bug,造成的文件系统损坏)

            <4>运行用户空间的第一个应用程序:/sbin/init                    

    5、ramdisk程序介绍

        Linux内核的特性之一:使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问

        ramdisk 是一种把内存当磁盘用的机制,用来启动时加载相应的驱动等

            早期centos5上用的是initrd(就是把内存当磁盘使用),后来centos6和7换成了initramfs(内存当文件系统使用),之所以换,是因为initrd是把内存当磁盘用,但是一旦涉及到磁盘,为了加速写入和读取的速率,就会有缓冲和缓存的出现,但是ramdisk机制本身就是在内存上实现,如果再进行缓冲和缓存,就会造成系统浪费,所以,后期就换成了initramfs

        centos5上initrd的创建工具程序:mkinitrd

        centos6、7上initramfs上的创建工具程序:dracut或mkinitrd

        initrd 映像实际上是一个 RAM 磁盘,其中包含带有基本配置文件、二进制文件、库和驱动程序的小型文件系统。在这个小型文件系统中,有一个将在引导期间装入到内存中的根文件系统,还有一个用于装入系统设备驱动程序的初始化脚本;它将在加载完所有设备驱动程序后重新加载实际的根文件系统磁盘。

        在内核引导过程中,初始 RAM 磁盘(initrd)是由grub阶段 2 引导加载程序加载到内存中的,它会被复制到 RAM 中并挂载到系统上。这个 initrd 会作为 RAM 中的临时根文件系统使用,并允许内核在没有挂载任何物理磁盘的情况下完整地实现引导。由于与外围设备进行交互所需要的模块可能是 initrd 的一部分,因此内核可以非常小,但是仍然需要支持大量可能的硬件配置。在内核引导之后,就可以正式装备根文件系统了(通过 pivot_root):此时会将 initrd 根文件系统卸载掉,并挂载真正的根文件系统。

    6、系统第一个程序init

        init程序的类型:

            centos5:SysV init

                其配置文件:/etc/inittab

            centos6: Upstart

                其配置文件:/etc/inittab和/etc/init/*.conf

            centos7:Systemd

                其配置文件:/usr/lib/systemd/system/、/etc/systemd/system/

        init管理用户空间的各个程序运行,除非有需要进行内核特权级别操作时,内核才会被用户空间的各个系统调用,完成一些内核级别的操作

       

        init初始化用户空间的启动流程为:/sbin/init程序主要是通过读取/etc/inittab文件来完成一定的任务,完成的任务有:

            定义默认运行级别–>运行系统初始化脚本(/etc/rc.d/rc.sysinit)完成系统初始化–>关闭指定运行级别下的各服务,启动指定级别下需要开启的各服务–>启动tty虚拟终端,调用login程序,显示登录提示符,让终端进行登录

    7、/etc/inittab配置文件详解

        配置文件/etc/inittab的格式及其功能:

        (以centos5上的该文件为例介绍,有助于理解centos6、7上对应的文件的作用)

        每行定义一种action,以及与之对应的process

        每行的格式为id:runlevel:action:process

            id:一个任务的唯一标识符

            runlevel:在那些级别启动此任务;可以是一个数字,也可以多个数字,也可以为空(表示所有级别),例如:3或35或空

            action:在什么条件下启动此任务

            process:具体执行的任务

            常见的action:

                wait  等待切换至此任务所在的级别时,执行一次(刚切换时执行)

                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,因为一旦有了initdefault,就表示是定义默认的运行级别,而不需要运行别的process

                sysinit:设定系统初始化方式,该action对应的process一般为指定/etc/rc.d/rc.sysinit脚本,该脚本定义了整个系统初始化时的脚本(centos5、6有用到该脚本,但centos7没有用到该脚本)

        例如:

            id:3:initdefault: 表示定义默认运行级别就是3

            si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit   表示所有级别利用/etc/rc.d/rc.sysinit脚本完成系统初始化

            tty1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1  表示在2345运行级别启动mingetty指令,给指令传递参数tty1,一旦该程序停止,要自动重启。mingetty会调用login程序,打开虚拟终端的程序,除了minget    ty之外,还有诸如getty等

            l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3   表示当切换到3级别时运行/etc/rc.d/rc脚本,往脚本里传递参数为3,意味着去启动或关闭/etc/rc.d/rc3.d/目录下的服务脚本所控制的服务

    8、Linux运行级别:为了系统的运行或维护等目的而设定的机制

        0-6一共七个级别,各级别的意义:

            0:关机,shutdown

            1:单用户级别(single user),root用户,无需认证,维护模式

            2:多用户模式,带网络功能,但无nfs功能,维护模式

            3:完全多用户模式;文本界面

            4:预留级别,目前无特别使用目的,但习惯以同3级别功能使用

            5:完全多用户模式,图形化界面

            6:重启 reboot

        默认级别:3、5

        级别切换:init 数字

        级别查看:who -r或runlevel

    9、系统初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit

        系统初始化脚本文件:/etc/rc.d/rc.sysinit的功能:

            <1>设置主机名

            <2>设置欢迎信息

            <3>激活udev和selinux(udev主要是用来创建设备文件)

            <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文件的设定,来设定内核参数

            <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

    10、系统相关运行级别上的相关服务

        init在利用/etc/inittab配置文件,进行用户空间系统初始化时,会有关于默认运行级别的定义,当定义好默认运行级别,利于/etc/rc.d/rc.sysinit完成系统初始化后,就会按照运行级别,来关闭、打开相应级别下的服务

        各种服务的控制脚本程序是存放在/etc/rc.d/init.d/目录下,然后各个对应级别下要关闭或开的程序以软连接的方式存放在/etc/rc.d/rc运行级别.d/目录下

            以K开头的表示要关闭的服务,后面数字表示优先级,数字越小,越先关闭

            以S开头的表示要开启的服务,后面数字表示优先级,数字越小,越先开启

            一般是先关闭相关服务后,再开启相关服务

        /etc/rc.d/rc.local 该脚本为正常行级别的最后一个脚本,可以将一些希望开机时自动启动,但又不合适编辑成服务脚本的一些命令或程序,写在该文件中,单独成行,即可完成开机自动启动

        建议在生产环境里面,将ctrl+alt+del里面重启的快捷键禁用

        对应的文件在/etc/init/control-alt-delete.conf里,可通过/etc/inittab获知其定义信息

        /etc/rc.d/init.d/下的脚本的格式:

            这类脚本都需要在开头注释段标明:一般要接受至少start、stop、restart、status四个参数

            #!/bin/bash

            # crond    start/stop the cron daemon 标明脚本功能 ,此项可以不写

            # chkconfig:2345 11  88  标明该服务脚本初始状态下的运行级别,启动优先级,关闭优先级,必须要写

            # description:  描述

                功能代码段

                …

        chkconfig命令管理系统服务脚本

            利用chkconfig命令自动在各级别目录下创建对应的K或S的链接文件,且可以管理服务脚本的开机启动或关闭等

            要想利用chkconfig进行管理,脚本必须要满足上述注释段的要求,然后将脚本放到/etc/init.d/目录下

            然后利用"chkconfig  –add  脚本名  –level 运行级别"  将脚本添加到chkconfig可管理的列表中,不指定–level则默认是从脚本中读取运行界别的定义。

            添加完成后,可利用"chkconfig 脚本名 on|off"来管理脚本的启动或关闭 

            将脚本移除chkconfig的管理列表:chkconfig –del 脚本名

            查看所有服务脚本的运行级别的开机运行状态:chkconfig

            查看指定脚本的开机运行状态:chkconfig 脚本名

            修改脚本的运行级别:chkconfig [–level LEVELS] 脚本名  on|off|reset   表示将脚本的指定的级别是on还是off还是reset

                –level LEVELS如果不指定,默认为2345级别

        xinetd管理的服务

            service 命令:手动管理服务
            service 服务 start|stop|restart
            service –status-all
            瞬态( Transient)服务被xinetd进程所管理,进入的请求首先被xinetd代理
            配置文件: /etc/xinetd.conf、 /etc/xinetd.d/<service>(每个被xinetd管理的服务在xinetd.d下都有一个对应的控制脚本)
            用chkconfig控制的服务: chkconfig SERVICE_NAME on

第三章    系统启动相关故障恢复和系统服务脚本案例

    1、删除initramfs文件,造成系统无法启动,并恢复

        (删除initramfs文件后,如果没有重启系统,只需cd到/boot目录,然后执行mkinitrd initramfs-`uname -r`.img  `uname -r`命令,重新生成initramfs文件即可)

        步骤一、删除initramfs文件,重启系统

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        步骤二、插入系统光盘,利用光盘引导进入紧急救援模式

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        步骤三、进入紧急救援模式后,chroot进入真正的根文件系统,运行mkinitrd命令生成新的initramfs文件

            (主要要切换到/boot目录下执行mkinitrd命令)

            且命令格式为:mkinitrd initramfs-`uname -r`.img  `uname -r`

            文件生成完成后,重启系统即可完成系统的进入

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    2、破解root用户密码

        步骤一:启动系统,在启动前,按任意键,进入引导菜单界面

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        步骤二:按a键,进入grub引导编辑菜单界面,在后面添加1或者S或s或single然后回车进入单用户模式

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        步骤三、运行passwd命令修改密码,然后运行reboot重启系统即可完成对root密码的修改

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    3、编写服务脚本/root/bin/testsrv.sh,完成如下要求
        (1) 脚本可接受参数: start, stop, restart, status
        (2) 如果参数非此四者之一,提示使用格式后报错退出
        (3) 如是start:则创建/var/lock/subsys/SCRIPT_NAME, 并显示“启动成功”
            考虑:如果事先已经启动过一次,该如何处理?
        (4) 如是stop:则删除/var/lock/subsys/SCRIPT_NAME, 并显示“停止完成”
            考虑:如果事先已然停止过了,该如何处理?
        (5) 如是restart,则先stop, 再start
            考虑:如果本来没有start,如何处理?
        (6) 如是status, 则如果/var/lock/subsys/SCRIPT_NAME文件存在,则显示
            “ SCRIPT_NAME is running…”
            如果/var/lock/subsys/SCRIPT_NAME文件不存在,则显示“ SCRIPT_NAME is stopped…”
            其中: SCRIPT_NAME为当前脚本名
        (7)可用chkconfig 和 service命令管理

    脚本代码为:

    !/bin/bash    
    #chkconfig:35 88 10
    #description:nwc test service
    
    FILE=/testdir/server_file
    
    function START() {
            if [ -f $FILE ];then
                    echo "$0 has been start"        
            else
                    touch $FILE && echo "Start success" || echo "Start fail"
            fi  
    }
    
    
    function STOP() {
            if [ -f $FILE ];then
                    rm -rf $FILE && echo "Stop success" || echo "Stop fail"
            else
                    echo "$0 has been stopped"
            fi  
    }
    
    function RESTART() {
            STOP
            START
    }
    function STATUS() {
            [ -f $FILE ] && echo "$0 is running..." || echo "$0 is stopped..."
    }
    
    
    case $1 in
    start)
            START
    ;;
    
    stop)
            STOP
    ;;
    
    restart)
            RESTART
    ;;
    
    status)
            STATUS
    ;;
    
    *)
            echo "Usage: $0 start|stop|restart|status"
    ;;
    esac

    将脚本拷贝到/etc/rc.d/init.d/目录下,并给予执行权限,过程和效果如下

[root@localhost ~]# cd /etc/rc.d/init.d/
[root@localhost init.d]# ll nwcservice 
-rwxr-xr-x 1 root root 644 9月   8 17:35 nwcservice
[root@localhost init.d]# chkconfig --add nwcservice
[root@localhost init.d]# chkconfig | grep "nwcservice"
nwcservice     	0:关闭	1:关闭	2:关闭	3:启用	4:关闭	5:启用	6:关闭
[root@localhost init.d]# chkconfig nwcservice on
[root@localhost init.d]# service nwcservice start
/etc/init.d/nwcservice has been start
[root@localhost init.d]# service nwcservice stop
Stop success
[root@localhost init.d]# service nwcservice restart
/etc/init.d/nwcservice has been stopped
Start success
[root@localhost init.d]# service nwcservice status
/etc/init.d/nwcservice is running...
[root@localhost init.d]# service nwcservice dsjhkdsa
Usage: /etc/init.d/nwcservice start|stop|restart|status
[root@localhost init.d]#

    

原创文章,作者:M20-1倪文超,如若转载,请注明出处:http://www.178linux.com/44783

评论列表(1条)

  • 马哥教育
    马哥教育 2016-09-10 11:40

    一如既往的认真,认真踏实,理论部分透彻,实验部分完整,赞一个。