linux系统启动流程

2022-03-03 09:40:27

POST-->BIOS（Boot Sequence）-->MBR（Bootload，446）-->Kernel-->init

POST：加电自检，通电时cpu会自己找到rom里面的程序进行自检，检查完毕后把控制权转交给BIOS

BIOS：我们的操作系统可以装在各种各样的位置，BIOS里面有个boot Sequence，可以指定介质（u盘、硬盘等）的查找顺序，找到介质里面的MBR并把控制权交给它，（如果找不到介质里面的MBR，则查找下一个介质，如果介质里面的MBR损坏则提示错误信息并停留）

MBR：MBR里面分两部分446字节的Bootload和16字节的分区表，Bootload会根据分区表查找活动分区的Kernel并装载，然后传递控制权

Kernel：Kernel获取控制权后会去探测硬件并挂载等，为实现它的功能（文件系统、进程管理、网络管理、安全功能等）初始化环境，然后生成第一个用户进程init

init：用户空间的第一个进程，id号为1，所有进程的父进程

我们知道init进程在/sbin，因此，我们必须先识别/sbin所在的分区，我们知道linux的系统分区有些可以单独分区，有些不能。和系统初始化相关的不能单独分区，比如/bin、/sbin,和初始化无关，提供第三方特性的可以单独分区，比如/home，/usr。这两者都有个共同点，都必须从根开始识别，我们把/所在的文件系统叫做根文件系统。

内核在设计上有两种设计风格：微内核和单内核。微内核把核心和外围功能分开，需要某些功能的时候再加载对应的子系统，因此有先天性优势，但是这种风格的内核设计逻辑很复杂，对冲了其优势。单内核把功能和核心做在一起，因此逻辑实现上比较简单。我们知道根文件系统要想使用硬件必须有相对应硬件的驱动程序，但是硬件多种多样，所需的驱动也是各不相同，如果把这些驱动都做进内核，无疑会使内核变得十分的庞大，而我们的硬件设备往往是单一的，因此单内核设计风格上引用了微内核的设计理念，把所需要的驱动等有的做成核心，有的做成模块，内核编译时只选择地编译，这样内核也变得精简了起来。linux是单内核设计风格，系统加载的时候只加载核心，而模块则要到硬盘的 /lib/modules/“内核版本号命名的目录”/ 下去读取，这样核心只有一两兆左右，模块却可以很大。但是这样也会导致一个问题：当我们没有把模块所在磁盘的驱动编译进核心时候，我们就会陷入两难，我们要想访问磁盘则需要加载对应的模块，要想加载对应的模块，需要能先访问磁盘。

为了解决这个问题，linux使用了一个类似中间人角色的文件，这个文件含有对应磁盘的驱动，那这个文件怎么知道需要哪些驱动呢？原因在于这个文件是系统安装的最后由系统安装程序生成的，安装程序能够识别对应的驱动，并根据规则判断系统内核需要动态生成。这个文件在redhat5上叫做ramdisk，在redhat6叫ramfs。

核心，动态加载内核模块

内核：/lib/modules/“内核版本号命名的目录”/

内核设计风格：

单内核：linux（LWP）

核心：ko （Kernel object）

微内核：windows，Solaris（线程）

redhat5：ramdisk-->initrd

redhat6：ramfs-->initramfs

chroot:改变/文件系统，切换的路径里面需要包含二进制程序和所依赖的库文件

chroot [OPTION] NEWROOT [COMMAND [ARG]...]

ldd /PATH/TO/BINARY_FILE :判断一个二进制程序所需要的库

linux的运行级别：0-6

0:halt

1:single user mode

2:multi user mode,no nfs

3:multi user mode ,text

4:reserved

5:multi user mode,graphic mode

6:reboot

使用initrd的系统启动过程如下：

post-->bios-->mbr-->kernel-->initrd-->init

MBR（bootloader）：

bootloader有各种各样工具，比较常见的有lilo和grub

lilo:LInux LOader 不能识别1024柱面以后的数据，所以不支持大硬盘，在嵌入式中比较常用

Grub：GRand Unified Bootloader

Stage1:MBR

Stage1.5:识别文件系统

Stage2:/boot/grub/ 引导内核，并转交控制权

grub工作过程分成两部分，stage1 在MBR中，作用在于查找并引导至stage2，这样使得MBR的bootload不再限制于446字节，当grub的stage1阶段无法识别stage所在磁盘的文件系统时候，就会衍生出stage1.5,stage1.5的作用就是加载stage2所在磁盘的文件系统驱动，使得grub具有读取数据的能力（这个也是为什么grub可以加载内核，内核却不可以加载根的原因，内核被加载到内存中的时候，内核如果本身没有识别根文件系统所在磁盘的驱动，那么它就无法加载文件系统，也就是需要initrd这个软件来过渡，，识别需要两个必要条件：1 磁盘的驱动， 2 文件系统的驱动）

grub.conf 解释：

default=0 #多个title的默认选项，第一个为0

timeout=5 #用户选择的超时时间

splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz #设置背景图片

hiddenmenu #是否隐藏菜单，隐藏开机则需额外按键才能显示

title CentOS 6 (2.6.32-573.el6.x86_64) #标题，可自定义

root (hd0,0) #根文件系统所在位置，这里跟linux不一样，不管是ide口还是其他硬盘都识别为hd# 0代表第几个分区

kernel /vmlinuz-2.6.32-573.el6.x86_64 ro root=UUID=b670d3c5-487a-43be-9624-5ad90ffda293 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet #内核所在位置及其参数，注意：如果这里的boot是单独分区，那么内核所在位置就是/vmlinuzXXX ，如果boot没有单独分区那么内核的位置就是 /PATH/TO/boot/vmlinzxxx

initrd /initramfs-2.6.32-573.el6.x86_64.img #initrd的位置，同上

password --md5 xxxxxxxxxx #选项的加密，启用后需要输入密码才能访问,密码可以由grub-md5-crypt命令生成，也可以不加--md5 明文存放，放在title前面表示编辑grub引导需要密码，放在title里面表示想要引导此内核需要密码。

查看运行级别：

runlevel

who -r

安装grub stage1的两种方法：

第一种：

#grub

grub> root (hd0,0)

grub>setup (hd0)

第二种：

grub-install --root-directory=/PATH/TO/boot's_father_dir

在grub命令行中引导系统：

grub> find (hd#,N)/ tab键可以查看该路径下的文件

grub>root (hd#,N)

grub> kernel /PATH/TO/KERNEL_FILE

grub>initrd /PATH/TO/INITRD_FILE

grub>boot

kernel初始化的过程：

1，设备探测

2，驱动初始化（可能会用到initrd）

3，以只读挂载根文件系统

4，装载第一个进程init（PID 1）

init进程的配置文件/etc/inittab

格式： id:runlevel:action:process

id:标识符

runlevel:在哪个运行等级下执行此行

action:在什么情况下运行此行

process：要运行的程序

ACTION：

initdefault:设定默认运行级别

sysinit：系统初始化

wait：等待级别切换至次级别时运行

respawn：一旦程序终止，会重新启动

/etc/inittab完成的任务：

设置系统运行级别
执行系统初始化脚本
执行对应级别的服务脚本
定义:ctrl-alt-del按键执行程序
ups电源断电/中途来电执行的操作
启动虚拟终端

启动图形终端

/etc/inittab执行的系统开机启动sysV风格脚本特点：

都在/etc/init.d/目录下
脚本必须至少支持四种传递参数[start|stop|restar|status]
在各个级别的链接中，K开头的服务会stop，S开头的服务会start
要想自动在每个运行级别中用chkconfig自动创建链接，注释行必须含有chkconfig和description

sysV脚本中的chkconfig注释行格式：

#chkconfig： runlevel SS KK

例子：chkconfig: 2345 08 92

runlevel代表在哪些运行级别中启动脚本

SS代表/etc/rc#.d/下 S 开头后面跟的序号，比如本例/etc/rc3.d/S08iptables，SS代表08

KK则代表K后面的序号，一般SS+KK=99 左右，这是为了遵循先启动的后关闭原则（因为先启动的可能被后面的服务依赖）

chkconfig 命令：

chkconfig --list [name]

chkconfig --add name

chkconfig --del name

chkconfig [--level levels] name <on|off|reset|resetpriorities>

chkconfig [--level levels] name

name代表/etc/init.d/下的服务名字

level表示在哪些级别下运行，可省略，默认2345

一个特殊的文件：/etc/rc.local 这个是系统启动最后执行的脚本，在各个级别中的链接都是S99,所以一些想要开机执行的命令可以写入到这里

守护进程类型：

独立守护进程：进程的启动关闭都由进程自己管理，类似于以上服务脚本

瞬时守护进程：一个进程管理多个服务，服务启动与否取决于管理进程，适用于平时很少访问量的服务，这个管理进程在centos中就是xinetd，扮演类似代理人角色

一个sysV风格脚本案例：

#!/bin/bash

#chkconfig: 2345 22 77

#description: edit by linzb.

LOCK_FILE=/var/lock/subsys/myservice

Usage(){

echo "`basename $0 ` [start|stop|status|restart]"

}

start(){

touch $LOCK_FILE

echo "starting.."

}

stop(){

rm -f $LOCK_FILE $> /dev/null

echo "stoping.."

}

status(){

if [ -f $LOCK_FILE ];then

echo "running.."

else

echo "stopped"

}

case $1 in

start)

start;;

stop)

stop;;

restart)

stop

start;;

status)

status;;

Usage;;

esac

注：/var/lock/subsys/这个目录下经常放服务的锁文件，很多服务根据这里面的文件判断服务是否启动

本文转自biao007h51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/linzb/1790459 ，如需转载请自行联系原作者

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