N25第七周学习总结（CentOS 7 系统启动流程）

CentOs系统启动流程

大纲

1、    什么是CentOs系统启动流程

2、    为什么要了解CentOS系统启动流程

3、    了解CentOS系统启动流程对我们有什么帮助

4、    CentOs系统启动流程详解

正题

1、    什么是CentOs系统启动流程

    CentOs系统启动流程是CentOs主机从开机加电自检到整个系统（包括应用程序）都处于一个正常工作的状态；

    整个流程从宏观可分为硬件与系统两个层面，而系统又可以分为内核空间和用户空间的启动，每一块都是按照某些规则自动运行。

2、    为什么要了解CentOS系统启动流程

因为作为一名Linux技术人员，了解CentOs启动流程是必要的，而且通过学习CentOs系统启动流程可以对CentOs工作原理有更深入的了解。

3、    了解CentOS系统启动流程对我们有什么帮助

在实际工作中，CentOs主机难免会出现无法启动或启动异常，而在了解了CentOs系统启动流程后，可以针对问题对症下药，而且通过学习CentOs系统启动流程后，可掌握部分的Linux工作机制，为以后的解决Linux故障打下扎实的基础。

4、    CentOs系统启动流程详解

在讲解CentOs系统启动流程前，先讲一下Linux系统的组成与运行中的系统环境分层，有助于掌握启动流程的原理。

Linux系统的组成：

     内核  +  根文件系统

     内核可实现以下功能：

                     进程管理、内存管理、网络协议栈、文件系统、安全功能、驱动程序。

                      内核是linux的整个核心，确切的说内核即是Linux，其他程序都是通过调度内核来实现其功能。

              运行中的系统环境分层：

                  内核空间 +  用户空间

内核空间： 由内核代码组成，拥有系统级别权限，可直接更改硬件；

用户空间： 由各种应用程序组成，通过调用内核来完成各种复杂的任务。

CentOs系统的启动流程：

1、 POST：加电自检

它是由主板中的BIOS完成的，主要功用是检查主机的各个组件是否完好，例如：cpu、内存、硬盘、网卡、光驱等。

2、 Boot Sequence：启动顺序

这一步主要是根据Bios中的设置来按序查找各引导设备，第一个有引导程序的设备即为本次启动要用到的设备，绝大部分为硬盘启动；

    Bootloader:引导加载器，是一个微小的程序，众所周知MBR引导记录大小为512字节，其中前446字节就是Bootloader，主要用来引导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到内核；

      GRUB:是一个典型的BootLoader程序，因为MBR引导记录限制，所以GRUB分为两部分：

            1、在MBR引导记录中，大小为446字节，主要功用是引导启动存储在磁盘上的GRUB主体文件；

            2、partition：/boot/grub ,此为GRUB的主体，由此来引导用户。

3、 Kernel：加载内核

当用户选定启动的内核或系统，由Bootloader将内核加载到ram中特定空间中，解压、展开，而后把系统控制权移交到内核时，Kernel会开始自身初始化：

   探测可识别到的硬件设备；

   加载硬件启动程序；（有可能会借助于ramdisk加载驱动）

      注：（Kernel在内存中加载时，为了模拟系统环境，会生成一个ramdisk文件，来进行下一步操作，等到加载到真正的根文件系统是，就会推出ramdisk，切换到真正的根文件系统中去。）

   以只读方式加载根文件系统；（会涉及到根切换）

   运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

   init程序类型：

      centos5 :sysVinit

         配置文件： /etc/inittab

      centos6 :Upstart

         配置文件：/etc/inittab
被架空，主要为了兼容5；

                     /etc/init/*.conf 主要

Centos 7 ：Systemd

               配置文件：/usr/lib/systemd/system/,   /etc/systemd/system

ramdisk：（内存上临时虚拟的系统）

                  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（虚拟磁盘，双缓冲，双缓存）–>ramfs（虚拟文件系统）

                                centos5：initrd

                                              工具程序：mkinitrd

                                centos6,7：initramfs

                                              工具程序：dracut，mkinitrd

系统初始化流程（内核级别）：post(加电自检)–>BootSequence（启动顺序选择BIOS中实现）–>bootloder（引导加载器，MBR中实现）–>Kernel（加载内核，会生成ramdisk）–>rootfs（以readonly方式加载根文件系统）–>/sbin/init(运行第一个应用程序（相当于小管家）)

至此，内核空间就已经启动完毕，接下来讲解用户空间的启动流程：

   /sbin/init:

      是除了内核外拥有最高权限与级别的应用程序，因为所有的应用程序都是由init创建而来，相当于都是init的子进程。

   1、选择默认运行级别

在运行init后，他会根据配置文件定义的运行级别而启动

  以/etc/inittab配置文件为例：（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：设定默认允许级别；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；

                示例：

                    id:5:initdefault
默认以图形化界面启动

                    si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit  所有级别都以此脚本完成系统初始化方式；

   2、运行系统初始化脚本，完成系统初始化

      根据上一步的指定的rc.sysinit系统初始化脚本，完成以下操作：

         设置主机名；

         设置欢迎信息；

         激活udev和SELinux；

         挂载/etc/
fstab文件中定义的所有文件系统；

         检测根文件系统，并以读写方式重新挂载根文件系统；

         设置系统时钟；

         根据/etc/sysctl.conf文件的设置，来设定内核参数；

         激活lvm及软raid设备；

         激活swap设备；

         加载额外设备的驱动程序；

         清理操作

3、 关闭对应级别下要停止的服务和启动对应级别下需要开启的服务

根据init配置文件：

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0

意味着去启动或关闭/etc/rc.d/rcX.d/目录下的服务脚本所控制服务；

                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，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；被依赖的的服务先启动，而依赖的访问后启动；

                  注：rcX.d 中的X代表默认启动级别，如果之前定义的是5（图形界面），他会在rc.d里查找rc5.d里的服务来启动关闭；

rc脚本：接受一个运行级别为参数； 不适用os7

4、 设置登陆终端

其实到上一步时服务器已经完成了基本的启动，这一步主要是开启一个登陆终端，然后加载环境变量、和别名的配置文件，如果是图形界面的话，会启动图形界面，然后加载图形界面需要的各种插件。

总结：（用户空间的启动流程）：/sbin/init(/etc/inittab)

  设置默认允许级别–>允许系统初始化脚本，完成系统初始化–>关闭对应级别下要停止的服务，启动对应级别下需要开启的服务–>设置登陆终端–>[启动图形终端]

最后是总结CentOS系统启动流程：

  post(加电自检) –>  BootSequence（启动顺序选择BIOS中实现）–> bootloder（引导加载器，MBR中实现  –>  Kernel（加载内核，会生成ramdisk  –>  rootfs（以readonly方式加载根文件系统）–>  /sbin/init(运行第一个应用程序（相当于小管家）) –>  设置默认允许级别  –>  允许系统初始化脚本，完成系统初始化  –>  关闭对应级别下要停止的服务，启动对应级别下需要开启的服务 –>  设置登陆终端 –>  [启动图形终端]