CentOS系统启动流程

Linux系统的组成部分

　　1、动态视角：内核+根文件系统
　　2、静态视角：磁盘分区+文件

Linux运行中的系统环境

　　1、用户空间：应用程序（进程或线程）
　　2、内核空间：内核代码（系统调用）

内核设计流派：

　　*单内核设计：把所有功能集成于同一个程序，如:Linux
　　*微内核设计：每种功能使用一个单独的子系统实现，如:windows

Linux内核特点

　　1、支持模块化：.ko（kernel object）
　　2、支持模块运行时动态装载或卸载

Linux内核的组成

　　1、核心文件：/boot/vmlinu-VERSION-release
　　2、ramdisk：中间临时根文件系统，动态创建出来的，使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问
　　　　CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img
　　　　CentOS 6、7：/boot/initramfs-VERSION-release.img
　　3、模块文件：/lib/modules/VERSION-release

CentOS系统初始化流程（内核级别）

　　POST –> BootSequence（BIOS）–> BootLoader（MBR）–> kernel（ramdisk）–> rootfs（readonly）–> /sbin/init(/etc/inittab)

第一步、POST：加电自检，检查硬件设备是否存在

　　1、用于实现POST的代码在主板上ROM(CMOS)芯片上。
　　2、主板上的ROM(CMOS)：主板上的一块可读写的并行或串行FLASH芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。(BIOS设置程序一般都被厂商整合在芯片中，因此BIOS设置有时也被叫做CMOS设置) 　

第二步、Boot Sequence：按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

　　BIOS：Basic Input Output System，基本输入输出系统。它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、开机后自检程序和系统自启动程序，从CMOS中读写系统设置的具体信息。 其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制　

第三步、BootLoader：引导加载器，程序

　　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，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。
　　　　*Windows上的引导加载器：ntloader
　　　　*Linux上的引导加载器：
　　　　　　LILO：短小精悍的linux加载器，1024柱面之后无法加载，现在多用于安卓手机启动。
　　　　　　GRUB：GRand Unified Bootloader，统一引导加载器
　　　　　　　　　GRUB 0.X(CentOS 5/6)：Grub Legacy
　　　　　　　　　GRUB 1.X(CentOS 7)：：Grub2，完全重写，设计理念上很大改变

MBR:Master Boot Record,主引导记录

　　ext系列及GPT系列的文件系统的bootloader都在MBR中的前446个字节，MBR为该磁盘的第一个扇区（1st stage），共512字节。

　　　　MBR的组成：512bytes
　　　　　　446bytes：bootloader
　　　　　　46bytes：fat（GPT文件系统中不同）
　　　　　　2bytes：55AA（分区表有效性标识）

GRUP引导阶段：

　　这时候就可以看到我们的Centos系统了，但是一般都不需要操作，会自动启动系统。其实我们也可以自己手动启动系统的。

　　加载运行GRUB共可分为三步： 
　　　　1、bootloader：1st stage，位于MBR中，为了引导2nd stage。
　　　　2、Partition：filesystem driver，1.5stage，mbr之后的扇区，让stage1中的bootloader能识别stage2所在在分区上的文件系统。
　　　　3、Partition：/boot/grub,2nd stage，位于boot基本磁盘分区中，GRUB的引导程序。

　　stage2及内核等通常放置于一个基本磁盘分区
　　　　功用：
　　　　　（1）提供菜单、并提供交互式接口
　　　　　　　　e：编辑模式，用于编辑菜单
　　　　　　　　c：命令模式，交互式接口
　　　　　（2）加载用户选择的内核或操作系统
　　　　　　　　运行传递参数给内核
　　　　　　　　可隐藏此菜单
　　　　　（3）为菜单提供了保护机制
　　　　　　　　为编辑菜单进行认真
　　　　　　　　为启用内核或操作系统进行认证

　　如何识别设备：
　　　　　(hd#，#)
　　　　　　　　hd#：磁盘编号，用数字表示，从0开始编号
　　　　　　　　#：分区编号，用数字表示，从0开始编号

　　grub的命令行接口：

	e：编辑模式，用于编辑菜单
	c：命令模式，交互式接口
	
	常用命令：
		help：获取帮助列表
		help KEYWORD：详细帮助信息
		find（hd#，#）/PATH/TO/SOMEFILE
		root(hd#,#)
		kernel /PATH/TO/SOMEFILE：设定本次启动时用到的内核文件，额外还可以添加许多内核支持使用的cmdline参数
			例如：init=/path/to/init,selinux=0
		initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE：设定为选定的内核提供额外文件的randisk
		boot：引导启动选定的内核

　　手动在grub命令行接口启动系统：
　　　　grub> root (hd#,#)
　　　　grub> kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE ro root=/dev/DEVICE 　　　　grub> initrd /initramfs-VERSION-RELEASE.img
　　　　grub> boot

　　配置文件：/boot/grub/grub.conf

  　　　配置项：
	　default=#: 设定默认启动的菜单项；落单项(title)编号从0开始；
	　timeout=#：指定菜单项等待选项选择的时长；
	  splashimage=(hd#,#)/PATH/TO/XPMPICFILE：指明菜单背景图片文件路径；
	  hiddenmenu：隐藏菜单；
	  password [--md5] STRING: 菜单编辑认证；
	  title TITLE：定义菜单项“标题”, 可出现多次；用来引导多个内核或者操作系统
	      root (hd#,#)：grub查找stage2及kernel文件所在设备分区；为grub的“根”; 
	      kernel /PATH/TO/VMLINUZFILE [PARAMETERS]：启动的内核
	      initrd /PATH/TO/INITRAMFSFILE: 内核匹配的ramfs文件；

第四步、kernel（ramdisk），加载内核

　　内核会自身初始化：
　　　　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加载驱动）
　　　　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: 
　　　　*Linux内核的特性之一：使用缓存和缓存来加速对磁盘上的文件访问
　　　　*辅助性文件，并非必须，这取决于内核是否能直接去的rootfs所在的设备
　　　　　　目标设备驱动，例如SCSI设备的驱动
　　　　　　逻辑设备驱动，例如LVM设备的驱动
　　　　　　文件系统，例如xfs文件系统 
　　　　*ramdisk是一个简装版的根文件系统

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]

　　init程序的类型:
　　　　CentOS 5-:SysV init
　　　　　　配置文件：/etc/inittab
　　　　CentOS 6：Upstart
　　　　　　配置文件：/etc/inittab
　　　　　　　　　　　/etc/init/*.conf
　　　　CentOS 7：Systemd
　　　　　　配置文件：/usr/lib/systemd/system/
　　　　　　　　　　　/etc.systemd/system/

第五步、设置默认运行级别

　　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
　　　　　　1：单用户模式（single user），root用户无需认证，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（multti user），完全功能模式，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：多用户模式（multti 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

第六步、系统初始化

　　内核加载完毕，会运行init程序，init进程起来后，系统启动的控制权移交给init进程

　　/sbin/init进程是所有进程的父进程，当init起来之后，它首先会读取配置文件/etc/inittab，进行以下工作：
　　　　1.执行系统初始化脚本(/etc/rc.d/rc.sysinit)，对系统进行基本的配置，以读写方式挂载根文件系统及其它文件系统，到此系统基本算运行起来了，后面需要进行运行级别的确定及相应服务的启动；
　　　　2.确定启动后进入的运行级别；
　　　　3.执行/etc/rc.d/rc，该文件定义了服务启动的顺序是先K后S，而具体的每个运行级别的服务状态是放在/etc/rc.d/rcn.d（n=0~6）目录下，所有的文件均链接至/etc/init.d下的相应文件。
　　　　4.有关key sequence的设置
　　　　5.有关UPS的脚本定义
　　　　6.启动虚拟终端/sbin/mingetty 
　　　　7.在运行级别5上运行X

　　配置文件：/etc/inittab

	
	每行定义一直action以及与之对应的process
		id：runlevels：action：process
			id：一个任务的标识符
			runlevels：在哪些级别启动此任务；#，###，也可以为空，表示所有级别
			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，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/re.d/rc.sysinit脚本
	
	例如：
		id:3initdefault:
		si::sysinit:/etc/re.d/rc.sysinit （设定系统初始化方式）
	
		l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
		l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1 （等到运行级别为1时启动或关闭/etc/rc.d/rc3.d/目录下的服务脚本所控制服务）
		...
		l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

　　系统初始化脚本：/etc/rc.d/rc.sysinit
　　　　功能：
　　　　　　（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，并以大写方式重新挂载根文件系统
　　　　　　（6）设置系统时钟
　　　　　　（8）激活lvm及软raid设备
　　　　　　（9）激活swap设备
　　　　　　（10）挂载额外设备的驱动程序
　　　　　　（11）清理操作

第七步、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

在CentOS 5和6中，系统服务都被设计为一个单独的服务脚本，可以通过运行这些脚本来管理系统服务。在/etc/rc.d/目录下面有7个rc#.d格式的子目录（#为0-6的整数，对应着七个系统运行级别）

　　rc脚本：接受一个运行级别数字为参数

	脚本框架：
		for srv in /etc/re.c/rc#.d/K*,do
			$srv stop
		done
									
		for srv in /etc/re.c/rc#.d/K*,do
			$srv start
		done	

	K*：要停止的服务；K##*，优先级，数字越小，越是优先关闭，依赖的服务先关闭，然后关闭被依赖的
	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

	/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}

　　chkconfig命令：管控/etc/init.d/每个服务脚本在各级别下的启动或关闭状态
　　　　查看：chkconfig –list [name]
　　　　添加：chkconfig –add name 
　　　　删除：chkconfig –del name
　　　　修改指定的链接类型：
　　　　　　chkconfig [–level LEVELS] name <on|off|reset>
　　　　　　　　–level LEVELS]：指定要控制的级别，默认为2345

　　　　　注：正常级别下，最后启动的一个服务S99local没有链接至/etc/init.d下的某脚本，而是链接至/etc/rc.d/rc.local(/etc/rc.local)脚本，因此，不变或不需写为服务脚本的程序期望能开机自动运行时，直接放置于此脚本文件中即可。

第八步：启动终端

读取/etc/init/start-ttys.conf这个配置文件，完成启动终端的流程。其中会判定，如果运行级别为5的话，在启动tty1-6之后会再启动图像终端。

总结：系统启动流程

　　POST –> BootSequence（BIOS）–> BootLoader（MBR）–> kernel（ramdisk）–> rootfs（readonly）–> /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]