Linux启动原理
Linux系统启动原理
centos6系统
centos6系统启动过程
1. 加载 BIOS 的硬件信息，跟据设定取得第一个可开机引导设置，如：光驱，硬盘，网络，USB； 如果是硬盘为第一引导。
2. 读取硬盘中 MBR 的 boot Loader 就是 grub引导
GRUB（GRand Unified Bootloader简称“GRUB”）是一个来自GNU项目的多操作系统启动程序。
MBR的硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区（也叫主引导记录MBR）。它由三个部分组成，主引导程序、硬盘分区表DPT（Disk Partition table）和硬盘有效标志（55AA）。
MBR分区表，只能分4个主分区原因：
注：磁盘默认一个扇区大小为：512字节。MBR由以下3部分组成
- 🍐主引导程序（boot loader）占446个字节。主引导程序，它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序。
- 🥝 Partition table区（分区表），即DPT，占64个字节，硬盘中分区有多少以及每一分区的大小都记在其中。每个分区表项长16个字节，16*4=64字节。为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4。64字节只存4个分区表。
-
🍉MBR有效标识位，占2个字节，固定为55AA。如果这个标志位0xAA55，就认为这个是MBR。
所以：16*4+446+2=512
3. 依据 boot loader 的设定，到引导分区加载 Kernel ，Kernel 会开始侦测硬件并加载驱劢程序；
4. 在硬件驱动成功后，Kernel 会主动执行 init 程序，而 init 会取得 run-level 信息；
5. init 执行 /etc/rc.d/rc.sysinit 文件来准备软件执行的作业环境 (如网络、时区等)；
6. init 执行 run-level 下各个服务并启动 (script 方式)；
7. init 执行开机后自动运行脚本 /etc/rc.d/rc.local 文件；
8. init 执行虚拟终端机控制程序 mingetty 来启动 login 程序，最后就等待用户登入啦；
centos6启动相关的配置文件
[root@m01 ~]# vim /boot/grub/grub.conf
default=0 设定默认启动菜单项，当系统中有多个内核时，0表示默认加载第1个，1表示第2个内核
timeout=5 菜单项等待选项时间为5s
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz 指明菜单背景图片路径为
hiddenmenu 隐藏菜单
title CentOS (2.6.32-358.6.1.el6.x86_64) 定义菜单项
root (hd0,0) grub查找stage2及kernel文件所在设备分区，grub的根
kernel /vmlinuz-2.6.32-358.6.1.el6.x86_64 ro root=/dev/vg_have/lv_root rd_NO_LUKS LANG=en_US.UTF-8 SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto rhgb quiet 启动的内核
initrd /initramfs-2.6.32-358.6.1.el6.x86_64.img 内核匹配的ramfs文件
修改系统启动级别：
[root@m01 ~]# vim /etc/inittab
# Default runlevel. The runlevels used are:
# 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
# 1 - Single user mode
# 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
# 3 - Full multiuser mode
# 4 - unused
# 5 - X11
# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
#
id:3:initdefault: #这里决定系统启动的级别
/etc/rc.d/rc.sysinit shell脚本 作用：系统初始化： 像：主机名 和/etc/fstab 都在这里指定了，完成了包括mount分区 激活swap 加载modules等重要的工作.
启动对应级别下的服务如： init 3 级别
/etc/rc.d/rc3.d/（这里的程序/服务S开头的全部开机执行；K开头的表示开机不执行，表明了关机时顺序）
rcn.d (n为1到6) 是对应于不同的runlevel下起不同的服务. 这些目录下都是一些符号连接, 连接到/etc/rc.d/init.d下的一些文件.以S开头的表示要启动, 以K开头的不启动.
第一个字母后面的数值是一个优先级.
[root@m01 ~]# ll /etc/rc.d/rc3.d/ | grep network
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Dec 18 2012 S10network -> ../init.d/network
#表示network是第10个启动的服务。 所以init是顺序启动系统，需要一个一个服务启动成功，再执行下一步操作，启动系统比较慢。
而centos7中的systemd可以并行启动多个服务，启动比较快。
[root@m01 ~]# vim /etc/init.d/network
#! /bin/bash
#
# network Bring up/down networking
#
# chkconfig: 2345 10 90
看有chkconfig的那一行, 2345表示在runlevel 2 3 4 5下被启动, 10是为此服务的启动顺序, 90为关机时，关闭此服务的顺序
[root@m01 ~]# chkconfig --list | grep network
network 0:off 1:off 2:on 3:on 4:on 5:on 6:off
[root@m01 ~]# ll /etc/rc.d/rc3.d/ | grep network
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Dec 18 2012 S10network -> ../init.d/network #开机顺序
[root@m01 ~]# chkconfig network off
[root@m01 ~]# ll /etc/rc.d/rc3.d/ | grep network
lrwxrwxrwx 1 root root 17 May 23 21:17 K90network -> ../init.d/network #只显示k90关机顺序了
[root@m01 ~]# chkconfig --list network
network 0:off 1:off 2:off 3:off 4:off 5:off 6:off
所有服务都运行成功后，设置开机自动执行某个命令： /etc/rc.local
[root@m01 ~]# vim /etc/rc.local
[root@m01 ~]# ll !$
ll /etc/rc.local
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Dec 18 2012 /etc/rc.local -> rc.d/rc.local
[root@m01 ~]# ll /etc/rc.d/rc.local
-rwxr-xr-x. 1 root root 240 Feb 5 21:17 /etc/rc.d/rc.local
运行mingetty命令，打开tty1-6
[root@m01 ~]# ps -axu | grep ming
Warning: bad syntax, perhaps a bogus '-'? See /usr/share/doc/procps-3.2.8/FAQ
root 2346 0.0 0.0 4116 548 tty2 Ss+ 20:55 0:00 /sbin/mingetty /dev/tty2
root 2348 0.0 0.0 4116 548 tty3 Ss+ 20:55 0:00 /sbin/mingetty /dev/tty3
root 2350 0.0 0.0 4116 544 tty4 Ss+ 20:55 0:00 /sbin/mingetty /dev/tty4
root 2352 0.0 0.0 4116 544 tty5 Ss+ 20:55 0:00 /sbin/mingetty /dev/tty5
root 2354 0.0 0.0 4116 544 tty6 Ss+ 20:55 0:00 /sbin/mingetty /dev/tty6
[root@m01 ~]# runlevel #查看系统启动级别
N 5
[root@m01 ~]# init 3
[root@m01 ~]# runlevel
5 3 #由5启动级别进入3级别
[root@m01 ~]# init 5
[root@m01 ~]# runlevel
3 5 #由3启动级别进入5级别
centos7系统
centos7系统启动过程
CentOS7引导顺序
- UEFi或BIOS初始化，运行POST开机自检
-
选择启动设备
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引导装载程序, centos7是grub2
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加载装载程序的配置文件：/etc/grub.d/ /etc/default/grub /boot/grub2/grub.cfg
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加载内核选项
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加载initramfs初始化伪文件系统
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内核初始化，centos7使用systemd代替init
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执行initrd.target所有单元，包括挂载/etc/fstab
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从initramfs根文件系统切换到磁盘根目录
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systemd执行默认target配置，配置文件/etc/systemd/system/default.target
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systemd执行sysinit.target初始化系统及basic.target准备操作系统
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systemd启动multi-user.target下的本机与服务器服务
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systemd执行multi-user.target下的/etc/rc.d/rc.local
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Systemd执行multi-user.target下的getty.target及登录服务
-
systemd执行graphical需要的服务
centos7启动过程：
[root@m01 ~]# find /boot/ -name *img*
/boot/grub2/i386-pc/core.img
/boot/grub2/i386-pc/boot.img
Systemd运行原理
Systemd概述：systemd即为system daemon [ˈdi:mən] 守护进程，是linux下的一种init软件,开发目标是提供更优秀的框架以表示系统服务间的依赖关系，并依此实现系统初始化时服务的并行启动，同时达到降低Shell的系统开销的效果，最终代替现在常用的System V与BSD风格init程序。
与多数发行版使用的System V风格init相比，systemd采用了以下新技术：
(1) 采用Socket激活式与总线激活式服务，以提高相互依赖的各服务的并行运行性能；
(2) 用Cgroups代替PID来追踪进程，以此即使是两次fork之后生成的守护进程也不会脱离systemd的控制。
unit对象：unit表示不同类型的systemd对象，通过配置文件进行标识和配置；文件中主要包含了系统服务、监听socket、保存的系统快照以及其它与init相关的信息
Systemd配置文件：
-
/usr/lib/systemd/system/ #这个目录存储每个服务的启动脚本，类似于之前的/etc/init.d/
-
/run/systemd/system/ #系统执行过程中所产生的服务脚本，比上面目录优先运行
-
/etc/systemd/system/ #管理员建立的执行脚本，类似于/etc/rc.d/rcN.d/Sxx类的功能，比上面目录优先运行
注意： 对于新创建的unit文件，或者修改了的unit文件，要通知systemd重载此配置文件,而后可以选择重启
centos5-6-7 3个系统版本启动过程：
管理系统服务
命令： systemctl COMMAND name.service
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- |
centOS6 |
CentOS7 |
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启动 |
service name start |
systemctl start name.service |
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停止 |
service name stop |
systemctl stop name.service |
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重启 |
service name restart |
systemctl restart name.service |
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状态 |
service name status |
systemctl status name.service |
|
重载或重启服务(先加载，再启动) |
- |
systemctl reload-or-restart name.service |
chkconfig命令的对应关系
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- |
centOS6 |
CentOS7 |
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设定某服务开机自启 |
chkconfig name on |
systemctl enable name.service |
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设定某服务开机禁止启动 |
chkconfig name off |
systemctl disable name.service |
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查看所有服务的开机自启状态 |
chkconfig --list |
systemctl list-unit-files --type service |
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用来列出该服务在哪些运行级别下启用和禁用 |
chkconfig sshd –list |
ls /etc/systemd/system/*.wants/sshd.service |
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- |
centos6 | centos7 |
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查看服务是否启动自启 |
- |
systemctl is-enabled name.service |
[root@m01 ~]# systemctl list-unit-files #显示状态
• loaded:Unit配置文件已处理
• active(running):一次或多次持续处理的运行
• active(exited):成功完成一次性的配置
• active(waiting):运行中，等待一个事件
• inactive:不运行
• enabled:开机启动
• disabled:开机不启动
• static:开机不启动，但可被另一个启用的服务激活
运行级别
centos6下Linux运行级别0-6的各自含义
0： 关机模式
1：单用户模式 ，用于破解root密码
2：无网络，支持的多用户模式
3：有网络支持的多用户模式（一般叫字符界面，工作中最长使用的模式）
4：保留，未使用
5：有网络支持，支持图形界面，支持的多用户模式（图形界面）
6：重新引导系统，及重启
可以在不同级别下，设置服务是否随系统启动运行。在centOS7上运行级别的含义已经和之前不同了，已由.target来代替运行级别，我们可以称target为目标态，我们可以通过target定制更符合我们工作运行环境。
[root@m01 ~]# ls /usr/lib/systemd/system/*.target
[root@m01 ~]# ll /usr/lib/systemd/system/*.target | grep runlevel
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Oct 20 23:40 /usr/lib/systemd/system/runlevel0.target -> poweroff.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Oct 20 23:40 /usr/lib/systemd/system/runlevel1.target -> rescue.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Oct 20 23:40 /usr/lib/systemd/system/runlevel2.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Oct 20 23:40 /usr/lib/systemd/system/runlevel3.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Oct 20 23:40 /usr/lib/systemd/system/runlevel4.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Oct 20 23:40 /usr/lib/systemd/system/runlevel5.target -> graphical.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Oct 20 23:40 /usr/lib/systemd/system/runlevel6.target -> reboot.target
注： 发现在runlevel2-4 都是调用multi-user.target这个unit。所以在centos7上runlevel2-4是一个意思
[root@m01 ~]# systemctl list-unit-files --type target #查看所有target的状态
[root@m01 ~]# systemctl list-dependencies runlevel3.target #查看3级别Unit 的所有依赖。
Unit 之间存在依赖关系：A 依赖于 B，就意味着 Systemd 在启动 A 的时候，同时会去启动 B。也可以理解也3运行级别下都开启哪些服务
在centOS7上所谓的目标态，其实就是由各种指定的服务和基础target组合而成的。
总结：centos6和7运行级别的变化
6 7
init systemd
Traditional runlevel | New target name Symbolically linked to...
Runlevel 0 | runlevel0.target -> poweroff.target
Runlevel 1 | runlevel1.target -> rescue.target
Runlevel 2 | runlevel2.target -> multi-user.target
Runlevel 3 | runlevel3.target -> multi-user.target
Runlevel 4 | runlevel4.target -> multi-user.target
Runlevel 5 | runlevel5.target -> graphical.target
Runlevel 6 | runlevel6.target -> reboot.target
Init 0 -> systemctl poweroff 关机
Init 1 -> systemctl isolate rescue.target 单用户
Init 3 -> systemctl isolate multi-user.target 字符界面
Init 5 -> systemctl isolate graphical.target 图形化
Init 6 -> systemctl reboot 重启
运行级别的切换
1. 在centOS6上，我们切换级别使用init，在centOS7上虽然也能使用，但是调用的不再是原来的程序了。centos7使用systemctl isolate name.target来切换target。 # isolate [ˈaɪsəleɪt ] 分离，隔离
例1：在centos6/7下切换到字符界面：
[root@m01 ~]# init 3 #切换到字符界面
[root@m01 ~]# init 5 #切换到图形界面
例2：centos7切换到字符界面
[root@m01 ~]# systemctl isolate multi-user.target
或：
[root@m01 ~]# systemctl isolate runlevel3.target
2、centos7设置默认系统默认启动级别
systemctl set-default name.target来修改我们的目标态。
我们看一下我们的默认目标态究竟为何物。
[root@m01 ~]# ll /etc/systemd/system/default.target ll /etc/systemd/system/default.target
ls: cannot access ll: No such file or directory
lrwxrwxrwx. 1 root root 37 Oct 20 23:45 /etc/systemd/system/default.target -> /lib/systemd/system/multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 37 Oct 20 23:45 /etc/systemd/system/default.target -> /lib/systemd/system/multi-user.target
注：它其实就是创建了一个软链接到指定的target上去了
例1：默认系统启动使用3级别字符界面
[root@m01 ~]# systemctl set-default multi-user.target
Removed symlink /etc/systemd/system/default.target.
Created symlink from /etc/systemd/system/default.target to /usr/lib/systemd/system/multi-user.target.
[root@m01 ~]# ll /etc/systemd/system/default.target #查看链接
lrwxrwxrwx 1 root root 41 5月 23 19:08 /etc/systemd/system/default.target -> /usr/lib/systemd/system/multi-user.target
例2：默认系统启动使用5级别图形界面
[root@m01 ~]# systemctl set-default graphical.target
17.2.6 grub2和grub区别-了解
在centOS6上，我们的grub文件是/boot/grub/grub.conf
在centOS7使用grub2，配置文件改成/boot/grub2/grub.cfg了，但是功能还是大致一样的都是用于加载内核的，不过在centOS7上设置默认启动项发生了一些变化。
互动：如果我们的系统中有两个内核？改变默认启动的内核顺序？
例1: centos7修改内核启动顺序
[root@m01 ~]# vim /etc/default/grub
GRUB_TIMEOUT=5 #开机时 grub 默认5秒后启动内核
GRUB_DISTRIBUTOR="$(sed 's, release .*$,,g' /etc/system-release)"
改：GRUB_DEFAULT= saved
为：GRUB_DEFAULT= 1 #这里我们改成1，0代表第一个内核，1代表第二个，以此类推。
UB_DISABLE_SUBMENU=true
GRUB_TERMINAL_OUTPUT="console"
GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=auto rhgb quiet net.ifnames=0"
GRUB_DISABLE_RECOVERY="true"
[root@m01 ~]# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg #修改完成后，并没有立即生效，使用此命令来生成grub.cfg文件，我们在下次启动的时候就会默认选择新的默认内核。
[root@m01 ~]# uname -r #查当前系统内核
3.10.0-693.2.2.el7.x86_64
[root@m01 ~]# reboot
[root@m01 ~]# uname -r #重启成功后， 发现加载的内核变了
3.10.0-693.el7.x86_64
例2: centos6修改内核启动顺序-了解
[root@m01 ~]# vim /boot/grub/grub.conf
改：10 default=0
为：10 default=1
[root@m01 ~]# reboot
