CentOS系统启动流程

目录

• 1 CentOS系统
  • 1.1 Linux系统的组成部分：内核+根文件系统
  • 1.2 运行中的系统环境可分为2层：内核空间、用户空间
  • 1.3 内核设计流派
    • 1.3.1 单内核设计：把所有功能集中于同一个程序
    • 1.3.2 微内核设计：每种功能使用一个单独的子系统实现 ( 模块 )
    • 1.3.4 Linux内核特点：
• 2 CentOS系统的启动流程
  • 2.1 POST：加电自检
  • 2.2 Boot Sequence
  • 2.3 bootloader：引导加载器，程序
  • 2.3 Kernel
  • 2.4 系统初始化流程（内核级别）
• 3 CentOS 5 6 7 系统/sbin/init
  • 3.1 CentOS5：SysV init
    • 3.1.1 运行级别：为了系统的运行或维护等目的而设定的机制
    • 3.1.2 配置文件：/etc/inittab
    • 注意：正常级别下，最后启动的一个服务S99local没有链接至/etc/init.d下的某个文件，而是链接至了/etc/rc.d/rc.local(/etc/rc.local)脚本；因此，不便或不需写为服务脚本的程序期望能开启自动运行时，直接放置于此脚本文件中即可
    • 3.1.3 系统初始化脚本：/etc/rc.d/rc.sysinit
    • 3.1.4 总结（用户空间的启动流程）：/sbin/init(/etc/inittab)
  • 3.2 CentOS 6：Upstart
    • 3.2.1 init程序：Upstart，但依然被封装成了/sbin/init，
    • 3.2.2 CentOS 6系统启动流程
  • 3.3 CentOS 7：Systemd
  • 3.3.1 init程序：Systemd
    • 3.3.2 CentOS 7系统启动流程

1 CentOS系统

1.1 Linux系统的组成部分：内核+根文件系统

• 内核：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
• IPC：Inter Process Communication
  • 消息队列、semerphor、shm
  • socket

1.2 运行中的系统环境可分为2层：内核空间、用户空间

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

1.3 内核设计流派

1.3.1 单内核设计：把所有功能集中于同一个程序

• Linux

1.3.2 微内核设计：每种功能使用一个单独的子系统实现 ( 模块 )

• Windows,Solaris

1.3.4 Linux内核特点：

• 支持模块化：.ko(kernel object)
• 支持模块运行时动态装载或卸载
• 组成部分：

  • 核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release

    • vmlinuz --> z表示压缩的意思

  • ramdisk：

    • CentOS5：/boot/initrd-VERSION-release.img
    • CentOS6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img

  • 模块文件：/lib/modules/VERSION-release

2 CentOS系统的启动流程

2.1 POST：加电自检

• ROM ：CMOS
  • BIOS：Basic Input and Output System
• ROM+RAM

2.2 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的设备

2.3 bootloader：引导加载器，程序

• Windows ：ntloader

• Linux：

  • LILO：LInux LOader
  • GRUB：Grand Uniform Bootloader
    • GRUB 0.x：Grub Legace
    • GRUB 1.x：Grub2

• 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，把用户选定的内核装载到RAM中的特定空间中，解压、展开，而后把系统控制权转交给内核

• MBR：Master Boot Record

  • 512bytes：
    • 446bytes：bootloader
    • 64bytes：磁盘分区
    • 2bytes：55AA（表示此磁盘为主引导盘或系统盘）

• GRUB：

  • bootloader：1st stage (在mbr中)
  • Partition：filesystem driver 1.5 stage (mbr之后的扇区)
  • Partition：/boot/grub 2nd stage (在/boot/grub中)

2.3 Kernel

• 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randisk加载驱动 )
  • 以只读方式挂载跟文件系统
  • 运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

• init程序的类型

  • CentOS5：SysV init
    • 配置文件：/etc/inittab
  • CentOS6：Upstart
    • 配置文件： /etc/inittab
    • /etc/init/*.conf
  • CentOS7：Systemd
    • 配置文件： /usr/lib/systemd/system
    • /etc/systemd/systemd

• ramdisk：

  • Linux内核的特性之一：使用缓存和缓存来加速对磁盘文件的访问
    • ramdisk --> ramfs
    • CentOS5：initrd
      • 工具程序：mkinitrd
    • CentOS6,7：initramfs
      • 工具程序：dracut，mkinitrd

2.4 系统初始化流程（内核级别）

• POST --> Boot Sequence(BIOS) --> BootLoader(MBR) --> Kernel(ramdisk) --> rootfs(readonly) --> /sbin/init

3 CentOS 5 6 7 系统/sbin/init

3.1 CentOS5：SysV init

3.1.1 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)，只能root用户登录，无须认证(可用与忘记root密码);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，文本界面
4：预留级别；目前无特别使用目的，但习惯以3级别功能使用
5：多用户模式(multi user)，完全功能模式，图像界面
6：重启，reboot

• 默认级别：3 ，5

• 级别切换：# init NUM

• 级别查看：

who -r
runlevel

3.1.2 配置文件：/etc/inittab

• 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/rc.d/rc.sysinit脚本

• 例如：

id:3:initdefault
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
......
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

- 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服务
    K*：要停止的服务；K##*，表示优先级，数字越小，越是优先关闭，依赖的服务先关闭，而后关闭被依赖的服务
    s*：要启动的服务，S##*，表示优先级，数字越小，越优先开启，被依赖的服务先启动，而依赖的服务后启动

- rc脚本接收一个运行级别数字为参数

1.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

2./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}

3.chkconfig命令：管控/etc/init.d/每个服务在各级别下的启动或关闭状态
    查看：chkconfig --list [name]

    添加：chkconfig --add name

        能被添加的服务的脚本定义格式之一：
        
        #!/bin/bash
        #
        #chkconfig: LLL(默认在那些级别启动) NN(启动优先级)  NN(关闭优先级)
        #description:
        #LLLL ：表示初始在哪个级别下启动，- 表示所有级别都不启动

    删除：chkconfig --del name

    修改指定的服务运行级别：
        chkconfig [--level LEVELS] name <on|off|reset>
            --level LEVELS：指定要控制的级别；默认为2345
            默认： chkconfig name on
            修改了服务优先级当前不会立即生效，下一次启动生效

• 服务脚本示例

[root@CentOS6 ~]# cat /etc/init.d/testsrv.sh 
#!/bin/bash
#chkconfig: 35 88 22
#description:testsrv script
case $1 in
start)
        echo testsrv start
;;
stop)
        echo testsrv stop
;;
status)
        echo testsrv status
;;
*)
        echo 'testsrv start | stop | status'
;;
esac

[root@CentOS6 ~]# chkconfig --add /etc/rc.d/init.d/testsrv      //添加服务脚本开机启动
[root@CentOS6 ~]# chkconfig --list          //查看所有服务脚本
[root@CentOS6 ~]# chkconfig --level 35 testsrv off     //在35模式下关闭服务脚本的开机启动
[root@CentOS6 ~]# chkconfig --level 345 testsrv on      //在345模式下开启服务脚本的开机启动
[root@CentOS6 ~]# chkconfig --del testsrv         //删除服务脚本的开机启动

注意：正常级别下，最后启动的一个服务S99local没有链接至/etc/init.d下的某个文件，而是链接至了/etc/rc.d/rc.local(/etc/rc.local)脚本；因此，不便或不需写为服务脚本的程序期望能开启自动运行时，直接放置于此脚本文件中即可

tty1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1
......
tty6:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty6

(1)mingetty会调用login程序

(2)打开虚拟终端的程序除了mingetty之外，还有诸如getty等

x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon
启动图像终端X11，5级别特有

3.1.3 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

3.1.4 总结（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，启动对应级别下要启动的服务 --> 设置登录终端 [ --> 启动图像终端 ]

3.2 CentOS 6：Upstart

3.2.1 init程序：Upstart，但依然被封装成了/sbin/init，

• 其配置文件：/etc/init/*.conf ，/etc/inittab (仅用于定义默认运行级别)

注意：*.conf为upstart风格的配置文件                
    重要的文件                
    /etc/init/control-alt-delete.conf：快捷键重启的脚本，建议注释掉，防止误操作
    /etc/init/tty.conf：重启终端脚本
    /etc/init/start-ttys.conf：登录终端脚本
    /etc/init/rc.conf：启动脚本
    /etc/init/prefdm.conf：图像界面脚本

3.2.2 CentOS 6系统启动流程

POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader(MBR) --> Kernel(ramdisk) --> rootfs(ro) --> switch-root --> /sbin/init --> (/etc/inittab ，/etc/init/*.conf)--> 设定默认运行级别 --> 系统初始化脚本 --> 关闭或启动对应级别下的服务 --> 重启终端

3.3 CentOS 7：Systemd

3.3.1 init程序：Systemd

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

• 完全兼容SysV脚本机制；因此，service命令依然可用；不过，建议使用systemctl命令来控制服务

# systemctl {start|stop|restart|status} name[.service]

3.3.2 CentOS 7系统启动流程

POST --> BootSequence(BIOS) --> BootLoader --> Kernel (ramdisk) --> rootfs --> /sbin/systemd