【Linux】【Basis】CentOS启动流程

1. 基础概念    

 

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两层：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：

        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, Solaris

             

1.4 Linux内核特点：

        支持模块化：以.ko(kernel object)结尾的文件都是模块文件，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

            |--ramdisk：

            |   |--CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img

            |   |--CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img

            |--模块文件：/lib/modules/VERSION-release

                 

2 CentOS 系统的启动流程：

 

英文版请参考 https://en.wikipedia.org/wiki/Linux_startup_process

 

系统初始化流程（内核级别）： POST --> BootSequence(BIOS) --> BootLoader（MBR）--> Kernel（ramdisk）--> rootfs（readonly）--> /sbin/init ()

 

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到的设备；

 

2.3 bootloader（MBR）：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；在Windows上使用ntloader，在Linux上使用LILO（LIinux  LOader）或GRUB（Grand Uniform Bootloader），目前GRUB有两个版本，GRUB 0.X：Grub Legacy，GRUB 1.X：Grub2

PS：bootloader存放在MBR（Master Boot Record）中，大小为512bytes，其中446bytes是bootloader，64bytes是fat（File Allocation Table），剩余2bytes是55AA

GRUB展开分为三个阶段：

                    1. bootloader：1st stage

                    2. Partition：filesystem driver, 1.5 stage

                    3. Partition：/boot/grub, 2nd stage

扩展：UEFI，GPT（待续）

 

2.4 Kernel：

 

2.4.1 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

 

2.4.2 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和/etc/init/*.conf

　　CentOS 7：Systemd 配置文件：/usr/lib/systemd/system/和/etc/systemd/system/

 

2.4.3 ramdisk：ramfs（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；）

　　CentOS 5: initrd 工具程序：mkinitrd

　　CentOS 6,7: initramfs 工具程序：dracut, mkinitrd

 

2.5 /sbin/init：

 

2.5.1 CentOS 5： SysV init

2.5.1.1 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（默认级别：3, 5）

　　　　0：关机, shutdown

　　　　1：单用户模式(single 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(mutli 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(multi user)， 完全功能模式，图形界面；

　　　　6、重启，reboot

 

2.5.1.2 级别切换：init #

 

2.5.1.3 级别查看：who -r或者runlevel

 

2.5.1.4 配置文件：/etc/inittab（id:runlevels:action:process）每行定义一种action以及与之对应的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；

　　　　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；

　　process：任务；

 

　　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##*，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；被依赖的服务先启动，而依赖的服务后启动；

                                     

2.5.1.5 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}

                                         

　　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下的某脚本，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机自动运行时，直接放置于此脚本文件中即可。

 

　　例如

　　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；

                                 

                     

2.5.1.6 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；

　　(11) 清理操作；

                                 

2.5.1.7 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，启动对应级别下需要开启的服务--> 设置登录终端 [--> 启动图形终端]

                     

2.5.2 CentOS 6： init程序：upstart，但依然为/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；

　　rcS.conf

　　rc.conf

　　start-ttys.conf

                         

2.5.3 CentOS 7： init程序：systemd，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]