Linux系统启动流程初识

centos系统启动流程

本篇仅仅讲解centos5和6

centos7并不适用

Linux系统的组成部分：内核+根文件系统

内核功能：

• 进程管理

• 内存管理

• 网络管理

• 驱动程序

• 文件系统

• 安全功能

有以下目录结构的文件系统可以被识别为根文件系统，但根文件系统本身不存在

rootfs：/bin/ /sbin /etc/ /sys/ /proc/ /lib /dev/ /sys /tmp /boot/...

内核：

Linux内核特点：

支持模块化：.ko(内核对象)
    如：文件系统、硬件驱动、网络协议等
支持内核模块的动态装载和卸载

组成部分：

核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release
    ramdisk：辅助的伪根文件系统
    centos 5：/boot/initrd-Vsersion-release.img
    centos 6：/boot/initramfs-Version-release.img
模块文件：/lib/modules/VSERSION-release

centos6启动流程

1.加载BIOS的硬件信息，获取第一个启动设备。
2.读取第一个启动设备MBR的引导加载程序(grub)的启动信息
3.加载核心操作系统的核心信息，核心开始解压缩，并尝试驱动所有的硬件设备。
4.核型执行init程序并获取运行信息。
5.Init执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件。
6.Init执行运行的各个批处理文件(scripts).
7.Init执行/etc/rc.d/rc.local.
8.执行/bin/login程序，等待用户登录。
9.登录之后开始以Shell控制主机。

下面我们来分别介绍上述的步骤

1、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、等硬件情况的检测

    ROM：BIOS，，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

2、bootloader: 引导加载器，引导程序

windows: ntloader，仅是启动OS
Linux：功能丰富，提供菜单，允许用户选择要启动系统或不同的内核版本；把用户选定的内核装载到内存中的特定空间中，解压、展开，并把系统控制权移交给内核
    LILO：LInuxLOader
    GRUB: GRandUnified Bootloader
    GRUB 0.X: GRUB Legacy，GRUB2

    1st stage：位于MBR中，为了引导2nd stage
    1.5 stage：位于mbr之后的扇区，不属于任何分区，为识别内核文件所在的文件系统提供文件识别扩展
    2nd stage：位于boot基本磁盘分区中，GRUB的引导程序

3、kernel阶段

自身初始化
探测可识别到的所有硬件设备
加载硬件驱动程序( 有可能会借助于ramdisk加载 )
以只读方式挂载根文件系统
运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

ramdisk：
内核中的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问
ramdisk--> ramfs提高速度
CentOS 5: initrd, 工具程序：mkinitrd
CentOS 6: initramfs，工具程序：mkinitrd, dracut

4、init程序类型：

centos 5：sysV init
配置文件：/etc/inittab
centos 6：upstart
配置文件：/etc/inittab   /etc/init/*.conf

    运行级别：为了系统的运行或维护等目的而设定的机制
        0-6:7个级别
            0：关机，shutdown # init 0
            1：单用户模式(signal user),root用户，无须认证；维护模式
            2：多用户模式(multi user)，会启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式
            3：多用户模式(multi user)，完全功能模式；文本界面
            4：预留级别：目前无特别适用目的，但习惯以同3级别功能使用
            5：多用户模式(multi user)，完全功能模式，图形界面
            6：重启，reboot

    默认级别：3,5
    级别切换：# init #
        级别查看：
            # who -r
            # runlevel


init初始化
    init读取其初始化文件：/etc/inittab
    初始运行级别(RUN LEVEL)
    系统初始化脚本
    对应运行级别的脚本目录
    捕获某个关键字顺序
    定义UPS电源终端/恢复脚本
    在虚拟控制台生成getty
    在运行级别5初始化X

/etc/inittab文件：
每行定义一种action以及与之对应的process
        id:runlevels:action:process

            id：一个任务的标识符
            runlevels：在那些级别启动此任务；#,###,标识所有级别
            action：在什么条件下启动此任务
            process：任务

        action：
            wait：等待切换至此任务所在的级别时执行一次；
            respawn：一旦此任务终止时，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

5、系统初始化脚本：/etc/rc.d/rc.sysinit

(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文件的设置，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

6、关闭对应级别下需要停止的服务，启动对应级别下需要开启的服务

    l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
    l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
    l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
            ...
    l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
        意味着去启动或关闭/etc/rc.d/rc#.d/目录下的服务脚本所控制的服务
            K*：要停止的服务；K##，优先级，数字越小，越是先关闭，依赖的服务先关闭，而后关闭被依赖的
            S*：要启动的服务；S##；优先级；数字越小，越是优先启动，被依赖的服务先启动，而依赖的服务后启动

                rc脚本：接受一个运行级别数字为参数

                    脚本框架：
                        for srv in /etc/rc.d/rc#.d/K*; do
                            $srv stop
                        done

                        for srv in /etc/rc.d/rc#.d/S*; do
                            $srv start
                        done

                    /etc/init.d/* (/etc/rc.d/init.d/*)脚本执行方式:
                        # /etc/init.d/SRV_SCRIPT { start | stop restart | status }
                        # service SRV_SCRIPT  { start | stop restart | status }

7、/etc/rc.d/rc.local

注意：正常级别下，最后启动一个服务S99local没有链接至/etc/rc.d/init.d一个服务脚本，而是指向了/etc/rc.d/rc.local脚本
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，可直接放置于/etc/rc.d/rc.local文件中

/etc/rc.d/rc.local在指定运行级别脚本后运行
可以根据情况，进行自定义修改

8、执行/bin/login程序，等待用户登录。

9、登录

用户输入正确的用户名和密码后便可以以shell控制主机

下面来进行下简单的总结：

内核级别的初始化流程：

POST --> bootsequence(BIOS) --> bootloader(MBR) --> kernel(ramdisk) --> rootfs(readonly) --> /sbin/init

(用户空间的启动流程):/sbin/init(/etc/inittab)

设置默认运行级别 --> 运行系统初始化脚本,完成系统初始化 --> 关闭对应级别下需要停止的服务，启动对应级别下需要开启的服务 --> 
设置登录终端 --> [ 启动图形终端(如果设定的话) ]