Linux引导过程与服务控制
一、Linux操作系统引导过程
1. 引导过程
- 开机自检
服务器主机开机以后，将根据主板BIOS中的设置对CPU、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测，检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权，大多时候会移交给本机硬盘
总结：检测出第一个能够引导系统的设备，比如硬盘或者光驱 - MBR引导
当从本机硬盘中启动系统时，首先根据硬盘第一个扇区中MBR（主引导记录）的设置，将系统控制器传递给包含操作系统引导文件的分区；或者直接根据MBR记录中的引导信息调用启动菜单（如GRUB）
总结：运行放在MBR扇区里的启动GRUB引导程序 - GRUB菜单
对于Linux操作系统来说，GRUB（统一启动加载器）是使用最为广泛的多系统引导器程序、系统控制器传递给GRUB以后，将会显示启动菜单给用户选择，并根据所选项（或采用默认值）加载Linux内核文件，然后将系统控制权转交给内核
CentOS 7采用的是GRUB2启动引导器
总结：FRUB引导程序通过读取GRUB配置文件/boot/grub2/grub.cfg，来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置 - 加载Linux内核
Linux内核是一个预先编译好的特殊二进制文件，介于各种硬件资源与系统程序之间，负载资源分配与调度。内核接过系统控制权以后将完全掌控整个Linux操作系统的运行过程
CentOS 7系统中，默认的内核文件位于“/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64”
总结：把内核和镜像文件系统加载到内存中 - init进程初始化
为了完成进一步的系统引导过程，Linux内核首先将系统中的“/sbin/init”程序加载到内存中运行（运行中的程序称为进程），init进程负载完成整个系统的初始化，最后等待用户进行登录
总结：加载硬件驱动程序，内核把init进程加载到内存中运行
2. 系统初始化进程
2.1 init进程
- 由Linux内核加载运行/sbin/init程序
- init进程是系统中第一个进程，是所有进程的父进程
- init进程的PID（进程标记）号永远为1
2.2 Systemd
- Systemd是Linux操作系统的一种init软件
- CentOS 7中采用全新的Systemd启动方式，取代传统的SysVinit
- CentOS 7中运行的第一个init进程是/lib/systemd/systemd
传统SysVinit依赖于串行执行Shell脚本启动服务，导致效率低下，系统启动速度较慢
Systemd能够将更多的服务进程并行启动，并且具有提供按需启动服务的能力，使得启动更少进程，从而提高系统启动速度
2.2.1 Systemd单元类型
| 单元类型 | 扩展名 | 说明 |
|---|---|---|
| Service | .service | 描述一个系统服务 |
| Socket | .socket | 描述一个进程间通信的套接字 |
| Device | .device | 描述一个内核识别的设备文件 |
| Mount | .mount | 描述一个文件系统的挂载点 |
| Automount | .automount | 描述一个文件系统的自动挂载点 |
| Swap | .swap | 描述一个内存交换设备或交换文件 |
| Path | .path | 描述一个文件系统中文件或目录 |
| Timer | .timer | 描述一个定时器（用于实现类似cron的调度任务） |
| Snapshot | .snapshot | 用于保存一个systemd的状态 |
| Scope | .scope | 使用systemd的总线接口以编程的方式创建外部进程 |
| Slice | .slice | 描述居于Cgroup的一组通过层次组织的管理系统进程 |
| Target | .target | 描述一组sysrtemd的单元 |
2.2.2 运行级别所对应的Systemd目标
| 运行级别 | Systemd的target | 说明 |
|---|---|---|
| 0 | target | 关机状态，使用该级别时将会关闭主机 |
| 1 | rescue.target | 单用户模式，不需要密码验证即可登录系统，多用于系统维护 |
| 2 | multi-user.target | 用户定义/域特定运行级别，默认等同于3 |
| 3 | multi-user.target | 字符界面的完整多用户模式，大多数服务器主机运行在此级别 |
| 4 | multi-user.target | 用户定义/域特定运行级别，默认等同于3 |
| 5 | graphical.target | 图形界面的多用户模式，提供了图形桌面操作环境 |
| 6 | reboot.target | 重新启动，使用该级别时将会重启主机 |
二、排除启动类故障
1. MBR扇区故障
1.1 故障原因
- 病毒、木马等造成的破坏
- 不正确的分区操作、磁盘读写误操作
1.2 故障现象
- 找不到引导程序，启动中断
- 无法加载操作系统，开机后黑屏
1.3 解决思路
- 应提前作好备份文件
- 以安装光盘方式进入急救模式
- 从备份文件中恢复
2. 修复MBR扇区故障
2.1 备份MBR扇区数据到其他磁盘
首先新建硬盘，用fdisk工具分区sdb1，格式化并挂载到备份目录/backup中
2.2. 模拟破坏MBR引导扇区
重启虚拟机，发现进入如下界面：
2.3 引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复MBR扇区数据
选择上图中的Troubeshooting选项之后，点击第二个选项：
按回车后发现能正常进入操作系统了：
3. GRUB引导故障
3.1 故障原因
- MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
- grub.conf文件丢失、引导配置有误
3.2 故障现象
- 系统引导停滞，显示”grub>“提示符
3.3 解决思路
- 尝试手动输入引导命令
- 进入急救模式，重写或者从备份中恢复grub.conf
- 向MBR扇区中重建grub程序
4. 修复GRUB引导故障
4.1 方法一：手动输入引导命令
上图分别为内核名称及位置等信息与镜像系统文件
命令步骤：
- grub> insmod xfs （加载指定的模块到内核）
- grub> 内核
- grub> 镜像系统文件
- grub> boot （引导boot）
此方法需要手动输入内核与镜像系统文件，比较繁琐，在此不做演示
4.2 方法二：进入急救模式，恢复GRUB引导程序
- 首先备份/grub2目录中的grub.cfg配置文件，然后删除（模拟故障），并重启：
发现进不了操作系统： - 引导界面进入急救模式
重启系统，在加载进度条的时候迅速按Esc键，会切换到如下界面，并选择第三个选项：
若加载过快来不及按还有一种方法：
关机，开机的时候选择：
接回上次
选择“Troubeshooting”选项：
此方法与恢复MBR扇区数据类似，故不作演示
mkdir /backdir
mount /dev/sdb1 /backdir
dd if=/backdir/grub.bak of=/dev/sda
exit
4.3 方法三：引导界面进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件
chroot /mnt/sysimage
grub2-install /dev/sda
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
发现进入重新安装CentOS 7的界面了：
5. 遗忘root用户密码
chroot /mnt/sysimage
passwd root
三、服务控制及切换运行级别
1. 系统服务控制
systemctl 控制类型 服务名称
控制类型：
- start：启动
- stop：停止
- restart：重新启动
- reload：重新加载
- status：查看服务状态
2. 运行级别
| 运行级别 | 命令 |
|---|---|
| init 0 | systemctl isolate poweroff.target |
| init 1 | systemctl isolate rescue.target |
| init 3 | systemctl isolate multi-user.target |
| init 5 | systemctl isolate graphical.target |
| init 6 | systemctl isolate reboot.target |
3. ntsysv工具
将默认运行级别改为字符界面：
重启虚拟机，进入了字符界面：
优化启动过程
- 提供一个交互式、可视化窗口
- 可以在字符终端运行
- 便于集中管理多个服务
- 用于控制服务是否开机自启动
- 按空格键标志服务选项
- 按上箭头、下箭头键切换服务选项
- 按tba键切换光标
4. Linuxx系统的运行级别
4.1 查看运行级别
- runlevel命令：只能查看切换运行级别与当前运行级别
- systemctl工具：能查看默认的运行级别
4.2 临时切换运行级别
- init命令：参数是运行级别所对应的数字
- systemctl工具：参数是具体的target
4.3 设置永久运行级别
systemctl set-default multi-user.target
4.4 查看系统服务的启动状态
systemctl is-enabled 服务名称
4.5 设置系统服务的开机自启动状态
systemctl enable 服务名称 开启开机自启动
systemctl disable 服务名称 关闭开机自启动
4.6 补充
- 永久更改主机名
hostnamectl set-hostname 新名字
- 查看主机名的状态
hostnamectl status
- 设置系统语音为中文
localectl set-locale LANG=zh_CN.utf8
- 查看当前系统使用的语言
localectl [status]