CentOS6系统启动流程

概述

了解系统的启动流程，有助于我们了解Linux系统上的一些工作原理，有助于我们深入的理解一个系统的运作方式，那么本篇就以CentOS6系统为例，介绍一下有关Linux系统启动相关的内容，分为一下几个部分：

1、Linux系统的一些基础概念

2、CentOS6上的启动流程概述

3、系统启动相关故障恢复和系统服务脚本案例

第一章 Linux系统启动相关的基本概念

1、Linux系统的组成部分：内核+根文件系统

内核的功能：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（加密解密的栈、SELINUX等）

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：一般执行的是应用程序（进程或线程）

内核空间：执行的是内核代码，当用户空间的程序需要用到特权指令，硬件调度等内核级别操作时，通过系统调用，向内核发起申请，由内核执行后，将结果返回给用户空间的程序

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，linux是单内核

微内核设计：每种功能使用一个单独的子系统实现，windows是微内核

4、Linux内核特点：

支持模块化：虽然是单内核设计，把所有功能集成于同一个程序，但是linux支持模块化的设计，将一些非关键性的功能等，做成模块，一般内核模块文件为XXX.ko （kernel object）

支持模块运行时动态装卸载：当一个模块需要用到时，可以动态对其进行装载，用不到时，可以动态进行卸载，这样实际上就类似微内核的设计理念

5、Linux内核的组成部分：

核心文件:如：/boot/vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64

ramdisk：因为系统启动时，根文件系统的一定是在某个磁盘分区上，而内核如果没有编译该根文件系统的相关驱动，这样就会导致无法正常启动系统；并且内核需要加载的各种模块文件，其都在/lib/modules/目录下，此目录必然在/根下，而根无法驱动，也会造成相关内核模块无法正常运行，进而也不能启动系统，此时，就需要借助ramdisk来完成对根文件系统的驱动。而ramdisk是在/boot目录下，/boot目录是由grub的1.5阶段进行驱动的

centos5：/boot/initrd-VERSION-RELEASE.img

centos6、7：/boot/initramfs-VERSION-RELEASE.img

各种模块文件：/lib/modules/内核版本号/*

如果安装了多个内核版本，则对应的目录下就有多个文件，或多个目录

第二章 CentOS6上的启动流程概述

1、CentOS6上的启动流程概述

2、POST加电自检

        POST： Power-On-Self-Test，加电自检，是BIOS功能的一个主要部分。负责完成对CPU、主板、内存、硬盘子系统、显示子系统、串并行接口、键盘、 CD-ROM光驱等硬件情况的检测。
                ROM： BIOS， Basic Input and Output System，保存着有关计算机系统最重要的基本输入输出程序，系统信息设置、开机加电自检程序和系统启动自举程序等。
                RAM： CMOS互补金属氧化物半导体，保存各项参数的设定
                按次序查找引导设备，第一个有引导程序的设备为本次启动设备

3、bootloader程序（Linux系统上为grub）

引导过程：根据BIOS中设定的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

引导程序：bootloader：引导加载器、程序

windows：叫ntloader

Linux：

LILO：linux loader 现在很多android用的就是此引导程序，对1024柱面后的分区不支持

GRUB：grand uniform bootloader

Centos6： GRUB 0.X 零点几的版本

Centos7： GRUB 1.X 一点几的版本

1.X与0.X有很大不同，故GRUB 0.X的版本被称为grub legacy，而GRUB 1.X的版本被称为Grub2

引导程序的功能：

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;并能够把用户选定的内核，装载到内存中的特定空间中，对其进行解压展开，而后把整个系统的控制权，移交给内核

MBR：Master Boot Record主分区不能超过4个

MBR：一共512个字节byte，前446个字节存储bootloader，后64byte存储了分区表(fat)，最后2个字节是存储着4个16进制数据，一般为55AA，表示该MBR是有效的，其他数字表示该MBR无效

英文字符中，1个字符就需要1个字节

GRUB：因为MBR中只有前446个字节存储bootloader，GRUB是bootloader的一种实现方式，也就是说GRUB正常情况下，只能有446个英文字符，这样对程序员来说，要求太高，故通常情况下，grub分成以下几个阶段：

第一阶段：存储在bootloader中

第1.5阶段：文件系统驱动，称为第1.5阶段，通常存储在MBR紧跟着的扇区中，用来驱动/boot分区

第二阶段：放在硬盘的/boot分区的/boot/grub下

第三阶段：加载内核

一般情况下，系统启动时是加电自检，然后bootloader进行加载内核，但是grub风格的bootloader是先加载grub的第二阶段，就是加载磁盘中的/boot/grub，该程序就摆脱了446字节的限定，从而提供了丰富的启动接口，然后由该程序加载内核

注意：UEFI、GPT并不适用以上理论

4、加载内核，内核进行自身初始化

自身初始化的步骤和功能

<1>进行自身初始化：

探测可识别到的所有硬件设备

<2>加载硬件驱动程序;(可能会借助于ramdisk加载驱动)

<3>以只读方式挂载根文件系统;（之所以要以只读方式挂载，是为了避免万一内核有bug，造成的文件系统损坏）

<4>运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

5、ramdisk程序介绍

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

ramdisk 是一种把内存当磁盘用的机制，用来启动时加载相应的驱动等

早期centos5上用的是initrd（就是把内存当磁盘使用），后来centos6和7换成了initramfs（内存当文件系统使用），之所以换，是因为initrd是把内存当磁盘用，但是一旦涉及到磁盘，为了加速写入和读取的速率，就会有缓冲和缓存的出现，但是ramdisk机制本身就是在内存上实现，如果再进行缓冲和缓存，就会造成系统浪费，所以，后期就换成了initramfs

centos5上initrd的创建工具程序：mkinitrd

centos6、7上initramfs上的创建工具程序：dracut或mkinitrd

initrd 映像实际上是一个 RAM 磁盘，其中包含带有基本配置文件、二进制文件、库和驱动程序的小型文件系统。在这个小型文件系统中，有一个将在引导期间装入到内存中的根文件系统，还有一个用于装入系统设备驱动程序的初始化脚本；它将在加载完所有设备驱动程序后重新加载实际的根文件系统磁盘。

在内核引导过程中，初始 RAM 磁盘（initrd）是由grub阶段 2 引导加载程序加载到内存中的，它会被复制到 RAM 中并挂载到系统上。这个 initrd 会作为 RAM 中的临时根文件系统使用，并允许内核在没有挂载任何物理磁盘的情况下完整地实现引导。由于与外围设备进行交互所需要的模块可能是 initrd 的一部分，因此内核可以非常小，但是仍然需要支持大量可能的硬件配置。在内核引导之后，就可以正式装备根文件系统了（通过 pivot_root）：此时会将 initrd 根文件系统卸载掉，并挂载真正的根文件系统。

6、系统第一个程序init

init程序的类型：

centos5：SysV init

其配置文件：/etc/inittab

centos6: Upstart

其配置文件：/etc/inittab和/etc/init/*.conf

centos7：Systemd

其配置文件：/usr/lib/systemd/system/、/etc/systemd/system/

init管理用户空间的各个程序运行，除非有需要进行内核特权级别操作时，内核才会被用户空间的各个系统调用，完成一些内核级别的操作

init初始化用户空间的启动流程为：/sbin/init程序主要是通过读取/etc/inittab文件来完成一定的任务，完成的任务有：

定义默认运行级别–>运行系统初始化脚本（/etc/rc.d/rc.sysinit）完成系统初始化–>关闭指定运行级别下的各服务，启动指定级别下需要开启的各服务–>启动tty虚拟终端，调用login程序，显示登录提示符，让终端进行登录

7、/etc/inittab配置文件详解

配置文件/etc/inittab的格式及其功能：

（以centos5上的该文件为例介绍，有助于理解centos6、7上对应的文件的作用）

每行定义一种action，以及与之对应的process

每行的格式为id:runlevel:action:process

id:一个任务的唯一标识符

runlevel：在那些级别启动此任务；可以是一个数字，也可以多个数字，也可以为空（表示所有级别），例如：3或35或空

action：在什么条件下启动此任务

process：具体执行的任务

常见的action：

wait 等待切换至此任务所在的级别时，执行一次（刚切换时执行）

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，因为一旦有了initdefault，就表示是定义默认的运行级别，而不需要运行别的process

sysinit：设定系统初始化方式，该action对应的process一般为指定/etc/rc.d/rc.sysinit脚本，该脚本定义了整个系统初始化时的脚本（centos5、6有用到该脚本，但centos7没有用到该脚本）

例如：

id：3：initdefault：表示定义默认运行级别就是3

si：：sysinit：/etc/rc.d/rc.sysinit 表示所有级别利用/etc/rc.d/rc.sysinit脚本完成系统初始化

tty1:2345：respawn：/usr/sbin/mingetty tty1 表示在2345运行级别启动mingetty指令，给指令传递参数tty1，一旦该程序停止，要自动重启。mingetty会调用login程序，打开虚拟终端的程序，除了minget ty之外，还有诸如getty等

l3:3：wait：/etc/rc.d/rc 3 表示当切换到3级别时运行/etc/rc.d/rc脚本，往脚本里传递参数为3，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的服务

8、Linux运行级别：为了系统的运行或维护等目的而设定的机制

0-6一共七个级别，各级别的意义：

0：关机，shutdown

1：单用户级别（single user），root用户，无需认证，维护模式

2：多用户模式，带网络功能，但无nfs功能，维护模式

3：完全多用户模式；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：完全多用户模式，图形化界面

6：重启 reboot

默认级别：3、5

级别切换：init 数字

级别查看：who -r或runlevel

9、系统初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit

系统初始化脚本文件：/etc/rc.d/rc.sysinit的功能：

<1>设置主机名

<2>设置欢迎信息

<3>激活udev和selinux（udev主要是用来创建设备文件）

<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文件的设定，来设定内核参数

<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

10、系统相关运行级别上的相关服务

init在利用/etc/inittab配置文件，进行用户空间系统初始化时，会有关于默认运行级别的定义，当定义好默认运行级别，利于/etc/rc.d/rc.sysinit完成系统初始化后，就会按照运行级别，来关闭、打开相应级别下的服务

各种服务的控制脚本程序是存放在/etc/rc.d/init.d/目录下，然后各个对应级别下要关闭或开的程序以软连接的方式存放在/etc/rc.d/rc运行级别.d/目录下

以K开头的表示要关闭的服务，后面数字表示优先级，数字越小，越先关闭

以S开头的表示要开启的服务，后面数字表示优先级，数字越小，越先开启

一般是先关闭相关服务后，再开启相关服务

/etc/rc.d/rc.local 该脚本为正常行级别的最后一个脚本，可以将一些希望开机时自动启动，但又不合适编辑成服务脚本的一些命令或程序，写在该文件中，单独成行，即可完成开机自动启动

建议在生产环境里面，将ctrl+alt+del里面重启的快捷键禁用

对应的文件在/etc/init/control-alt-delete.conf里，可通过/etc/inittab获知其定义信息

/etc/rc.d/init.d/下的脚本的格式：

这类脚本都需要在开头注释段标明：一般要接受至少start、stop、restart、status四个参数

#!/bin/bash

# crond start/stop the cron daemon 标明脚本功能，此项可以不写

# chkconfig:2345 11 88 标明该服务脚本初始状态下的运行级别，启动优先级，关闭优先级，必须要写

# description: 描述

功能代码段

…

chkconfig命令管理系统服务脚本

利用chkconfig命令自动在各级别目录下创建对应的K或S的链接文件，且可以管理服务脚本的开机启动或关闭等

要想利用chkconfig进行管理，脚本必须要满足上述注释段的要求，然后将脚本放到/etc/init.d/目录下

然后利用"chkconfig –add 脚本名 –level 运行级别" 将脚本添加到chkconfig可管理的列表中，不指定–level则默认是从脚本中读取运行界别的定义。

添加完成后，可利用"chkconfig 脚本名 on|off"来管理脚本的启动或关闭

将脚本移除chkconfig的管理列表：chkconfig –del 脚本名

查看所有服务脚本的运行级别的开机运行状态：chkconfig

查看指定脚本的开机运行状态:chkconfig 脚本名

修改脚本的运行级别：chkconfig [–level LEVELS] 脚本名 on|off|reset 表示将脚本的指定的级别是on还是off还是reset

–level LEVELS如果不指定，默认为2345级别

xinetd管理的服务

            service 命令：手动管理服务
            service 服务 start|stop|restart
            service –status-all
            瞬态（ Transient）服务被xinetd进程所管理，进入的请求首先被xinetd代理
            配置文件： /etc/xinetd.conf、 /etc/xinetd.d/<service>(每个被xinetd管理的服务在xinetd.d下都有一个对应的控制脚本)
            用chkconfig控制的服务： chkconfig SERVICE_NAME on

第三章系统启动相关故障恢复和系统服务脚本案例

1、删除initramfs文件，造成系统无法启动，并恢复

(删除initramfs文件后，如果没有重启系统，只需cd到/boot目录，然后执行mkinitrd initramfs-`uname -r`.img `uname -r`命令，重新生成initramfs文件即可)

步骤一、删除initramfs文件，重启系统

步骤二、插入系统光盘，利用光盘引导进入紧急救援模式

步骤三、进入紧急救援模式后，chroot进入真正的根文件系统，运行mkinitrd命令生成新的initramfs文件

(主要要切换到/boot目录下执行mkinitrd命令)

且命令格式为：mkinitrd initramfs-`uname -r`.img `uname -r`

文件生成完成后，重启系统即可完成系统的进入

2、破解root用户密码

步骤一：启动系统，在启动前，按任意键，进入引导菜单界面

步骤二：按a键，进入grub引导编辑菜单界面，在后面添加1或者S或s或single然后回车进入单用户模式

步骤三、运行passwd命令修改密码，然后运行reboot重启系统即可完成对root密码的修改

    3、编写服务脚本/root/bin/testsrv.sh，完成如下要求
        (1) 脚本可接受参数： start, stop, restart, status
        (2) 如果参数非此四者之一，提示使用格式后报错退出
        (3) 如是start:则创建/var/lock/subsys/SCRIPT_NAME, 并显示“启动成功”
            考虑：如果事先已经启动过一次，该如何处理？
        (4) 如是stop:则删除/var/lock/subsys/SCRIPT_NAME, 并显示“停止完成”
            考虑：如果事先已然停止过了，该如何处理？
        (5) 如是restart，则先stop, 再start
            考虑：如果本来没有start，如何处理？
        (6) 如是status, 则如果/var/lock/subsys/SCRIPT_NAME文件存在，则显示
            “ SCRIPT_NAME is running…”
            如果/var/lock/subsys/SCRIPT_NAME文件不存在，则显示“ SCRIPT_NAME is stopped…”
            其中： SCRIPT_NAME为当前脚本名
        (7)可用chkconfig 和 service命令管理

脚本代码为：

    !/bin/bash    
    #chkconfig:35 88 10
    #description:nwc test service
    
    FILE=/testdir/server_file
    
    function START() {
            if [ -f $FILE ];then
                    echo "$0 has been start"        
            else
                    touch $FILE && echo "Start success" || echo "Start fail"
            fi  
    }
    
    
    function STOP() {
            if [ -f $FILE ];then
                    rm -rf $FILE && echo "Stop success" || echo "Stop fail"
            else
                    echo "$0 has been stopped"
            fi  
    }
    
    function RESTART() {
            STOP
            START
    }
    function STATUS() {
            [ -f $FILE ] && echo "$0 is running..." || echo "$0 is stopped..."
    }
    
    
    case $1 in
    start)
            START
    ;;
    
    stop)
            STOP
    ;;
    
    restart)
            RESTART
    ;;
    
    status)
            STATUS
    ;;
    
    *)
            echo "Usage: $0 start|stop|restart|status"
    ;;
    esac

将脚本拷贝到/etc/rc.d/init.d/目录下，并给予执行权限，过程和效果如下

[root@localhost ~]# cd /etc/rc.d/init.d/
[root@localhost init.d]# ll nwcservice 
-rwxr-xr-x 1 root root 644 9月   8 17:35 nwcservice
[root@localhost init.d]# chkconfig --add nwcservice
[root@localhost init.d]# chkconfig | grep "nwcservice"
nwcservice     	0:关闭	1:关闭	2:关闭	3:启用	4:关闭	5:启用	6:关闭
[root@localhost init.d]# chkconfig nwcservice on
[root@localhost init.d]# service nwcservice start
/etc/init.d/nwcservice has been start
[root@localhost init.d]# service nwcservice stop
Stop success
[root@localhost init.d]# service nwcservice restart
/etc/init.d/nwcservice has been stopped
Start success
[root@localhost init.d]# service nwcservice status
/etc/init.d/nwcservice is running...
[root@localhost init.d]# service nwcservice dsjhkdsa
Usage: /etc/init.d/nwcservice start|stop|restart|status
[root@localhost init.d]#

原创文章，作者：M20-1倪文超，如若转载，请注明出处：http://www.178linux.com/44783