大家好,又见面了,我是全栈君。
本文主要讲述CenOS系统启动的整个流程,同系列系统也基本相符,不同系列Linux也差不多。
对于CentOS系统来说,整个启动过程可分为4个阶段,分别是:
加点自检;
加载MBR;
加载内核并执行初始化信息;
初始化用户空间。
下面就具体来描述每个过程都做了什么。
加电自检(power on system test,POST)
任何一种操作系统的启动,第一步必定是加电自检, 主要功能是装载在硬件芯片CMOS之上的BIOS(Basic Input Output System)来实现,这个程序CMOS会根据CMOS上的配置信息去检测当前计算机是否具有启动系统的基本硬件能力,比如CPU,内存是否正常等等。
选择启动顺序,加载MBR(Master Boot Record,MBR)
完成BIOS初始化之后,BIOS会列出一些可以 启动的装置顺序,然后根据这个顺序去找对应的内核文件。但是由于不同系统的文件系统系统可能会不同,所以就有了一个叫做启动管理程序,来处理文件系统不同 这些问题,而这个程序就叫做Booot Loader,它位于可以启动的第一块硬盘的MBR(Master Boot Record)中。MBR则是位于可以启动的硬盘的第一个扇区之内,Boot Loader还要完成操作系统的识别,加载核心文件的功能,当用户安装多个系统以后,还会提供一个让用户选择要启动的操作系统的菜单。因此当MBR被破坏 以后,Boot Loader也会收到影响,进而就会导致无法启动系统。
加载内核Kernel,并执行系统初始化信息
当Boot Loader读取操作系统内核文件后,接下来就会将内核文件解压后装载到内存之中,并依据内核所提供的功能去测试设备。此时,内核程序还没加载到磁盘,也就是说此时系统还没有磁盘的驱动能力,那又如何加载位于磁盘上的内核文件呢?
Linux采用了一种叫做虚拟文件系统 (Initial RAM DISK)来解决这个问题,它的主要功能是:通过Boot Loader程序加载到内存中,然后这个文件就会被解压展开到模拟的根文件系统中,这个根文件系统能提供一个可运行的程序,通过这个程序加载核心的模块, 完成之后,释放虚拟的文件系统,并挂载真实的根文件系统,完成根切换,之后就能执行正常的启动过程。
启动用户空间的第一个程序,初始化用户空间
1.完成以上三步之后,内核会呼叫用户空间的第一个程序:/sbin/init,这个程序会完成一系列的初始化操作,包括主机名设定,网络配置等操作,所有的这些操作都是在init的配置文件中定义的。因此init配置文件就至关重要。
对于CentOS5:其采用的是SysV init方式,通过脚本启动服务,有依赖关系的服务就会被串行启动,配置文件为/etc/inittab
对于CentOS6:采用Upstart方式进行,进程间的通信通过D-Bus进行,可以基本实现类似并行启动,配置文件为/etc/inittab,/etc/init/*.conf
对于CentOS7:采用了全新的Systemd方式,其特点是只有在服务第一次被启动才会真正启动,其配置文件为/usr/lib/systemd/*
2.init配置文件
在init配置文件中,尤为重要的一项是设置系统的默认运行级别,而在Linux之上,运行级别0-6七种级别,分别是:
0:关闭所有服务,然后关机
1:维护模式,也叫单用户模式,允许root用户可以不用密码直接登录系统
2:维护模式,也叫多用户模式,需要认证,会启动网络
3:正常级别,完全多用户模式,提供文本界面
4:预留级别,暂未使用
5:正常级别:完全多用户级别,提供图形节界面
6:关闭所有服务,重新启动
常看运行级别的方法:runlevel 或者 who -r
切换运行级别的方法:init run_level
在CentOS6中,/etc/inittab文件内容是:
# inittab is only used by upstart for the default runlevel.
#
# ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# System initialization is started by /etc/init/rcS.conf
#
# Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf
#
# Terminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,
# with configuration in /etc/sysconfig/init.
#
# For information on how to write upstart event handlers, or how
# upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).
#
# Default runlevel. The runlevels used are:
# 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
# 1 - Single user mode
# 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
# 3 - Full multiuser mode
# 4 - unused
# 5 - X11
# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
id
:3:initdefault:
因此init的整个处理流程为:
1.通过读取/etc/inittab文件来设定运行级别
2.使用/etc/rc.d/rc.sysinit来初始化系统
3.执行3级别下所设定的操作,并忽略其他级别设定的配置
从上面可以看到,初始化系统是根据/etc/rc.d/rc.sysinit进行的,这个脚本的主要的任务是:
1.根据/etc/sysconfig/network文件来设定主机名
2.打印文本欢迎信息
3.激活SELinux和udev
4.挂载/etc/fatab中定义的文件系统
5.激活swap设备
6.检测根文件系统
7.设置系统时钟
8.根据/etc/sysctl.conf文件来设定内核参数
9.激活LVM和RAID
10.加载驱动程序
11.清理操作
当内核设定运行级别以后,就要去完成对应级别下的操作,而这些级别对应下的任务是/etc/rc.$runlevle.d
/下的操作,不同级别下这些脚本被成为服务脚本,这些脚本决定如何开启或关闭服务,而具体的方式则是系统通过传递S参数来启动服务,传递K来关闭服务;这些服务脚本的定义规范为:
(1)至少接受四个参数:
start:启动服务
restart:重启服务
stop:停止服务
status:查看服务运行状态
(2)脚本的开头
#chkconfig :start_level start_prio stop_prio
#description:description information
这些脚本可以通过/etc/init.d/script_name {start|stop|status|restart}调用,也可以通过service script_name {start|stop|status|restart}调用
GRUB(GRand Unified Bootloader)
1.在系统启动过程中,Boot Loader至关重要,然而Boot Loader处于MBR当中,MBR的大小是512bytes,只有其中的446bytes是用来存放Boot Loader的,为了解决存放Boot Loader的位置空间的大小问题,Linux将Boot Loader的程序分成三个阶段来运行,在Linux上,grub是使用最广泛的启动加载器:
stage1:
执行Boot Loader主程序,这必须安装在MBR中,而且没有安放Boot Loader相关的配置文件
stage1_5:
在MBR随后的分区存放,主要用于与stage2所在的文件系统进行交互
stage2:
通过Boot Loader加载所有配置文件及其相关的参数信息,而这些信息全都存放于/boot目录之下,这些配置文件主要包括:
device.map:定义grub的安装位置
e2fs_stage1_5:ext2文件系统定义
fat_stage1_5:fat文件系统定义
ffs_stage1_5:文件系统定义
grub.conf:grub的配置文件
iso9660_stage1_5:光驱的定义
jfs_stage1_5:jfs文件系统发的定义
menu.lst:链接文件
minix_stage1_5:文件系统的定义
reiserfs_stage1_5:reiser文件系统的定义
splash.xpm.gz:背景图片
stage1:stage1相关的信息
stage2:stage2相关的信息
ufs2_stage1_5:ufs文件系统的定义
vstafs_stage1_5:vfs文件系统的定义
xfs_stage1_5:xfs文件系统的定义
2.Linux一切皆文件,对grub的配置也不例外,其配置文件为/etc/grub.conf
(1)设置grub的方法一,直接修改其配置文件
# grub.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE: You have a /boot partition. This means that
# all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
# root (hd0,0)
# kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda3
# initrd /initrd-[generic-]version.img
#boot=/dev/sda
default=0 #设定默认要启动的内核
timeout=5 #设定可供用户选择的超时时长
splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz #定义背景图片
hiddenmenu #隐藏选择菜单
title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64) #设定操作系统的名称
root (hd0,0) #设定要启动的内核所在的位置
kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=908a3c89-4592-4dc4-8dc2-b5261f7c0e83 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img #设定辅助内核引导的ramdisk文件的位置
(2)通过命令行接口
进入grub命令行,可以在启动时根据提示的信息进入,在对应的title输入c就能进入,
常用的grub命令有:
help:获取帮助信息
find:查找文件
root:设定要启动的内核所在的位置
kernel:设置内核文件路径
initrd:设定ramdisk的位置
Grub应用实例
为运行于虚拟机上的CentOS 6添加一块新硬件,提供两个主分区;
(1) 为硬盘新建两个主分区;并为其安装grub;
(2) 为硬盘的第一个主分区提供内核和ramdisk文件; 为第二个分区提供rootfs;
(3) 为rootfs提供bash、ls、cat程序及所依赖的库文件;
(4) 为grub提供配置文件;
(5) 将新的硬盘设置为第一启动项并能够正常启动目标主机;
具体过程为:
(1)创建分区,结果为
(2)格式化分区:
(3)创建目录
(4)挂载
(5使用grub-install安装grub
(6)提供内核文件和ramdisk文件
(7)为rootfs提供bash,ls,cat程序
复制库文件:
(8)为grub提供配置文件
至此,制作完成。
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