note_14.1_CentOS系统启动流程

CentOS系统启动流程

• 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

• 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）

• 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
  • 微内核设计：每种功能使用一个单独的子系统实现；
    Windows, Solaris

• Linux内核特点：
  支持模块化： .ko (kernel object)
  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
      ram disk：
      • CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img
      • CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img
    • 模块文件：/lib/modules/VERSION-release

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CentOS 系统的启动流程：

• POST(Power On Self Test)：加电自检；

  • ROM：CMOS
    BIOS：Basic Input and Output System

  • ROM+RAM

• 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；

  • bootloader：引导加载器，程序；
    Windows：ntloader
    Linux：
      LILO：LIinux LOader
      GRUB：Grand Uniform Bootloader
        GRUB 0.X：Grub Legacy
        GRUB 1.X：Grub2

    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； 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；

    • MBR：Master Boot Record
      512bytes：
        446bytes：bootloader
        64bytes：fat (file allocation table)
        2bytes：55AA

    • GRUB：
      bootloader：1st stage
      Partition：filesystem driver, 1.5 stage
      Partition：/boot/grub, 2nd stage

      注意：UEFI，GPT

• Kernel：

  • 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

    • 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
         /etc/init/*.conf
      CentOS 7：Systemd
        配置文件：/usr/lib/systemd/system/, /etc/systemd/system/

    • ramdisk：
      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 --> ramfs

    CentOS 5: initrd
      工具程序：mkinitrd
    CentOS 6,7: initramfs
      工具程序：dracut, mkinitrd

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

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/sbin/init

• CentOS 5： SysV init
  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；
    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

    默认级别：3, 5
    级别切换：init #
    级别查看：
      who -r
  runlevel

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

      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；

  • 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}

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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

能被添加的服务的脚本定义格式之一：

#!/bin/bash
#
# chkconfig: LLL  NN NN
# description:  

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。

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；

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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；

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]

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• 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

• 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]