Linux操作系统启动流程

2018-06-24 本文已影响0人 Net夜风

Linux操作系统启动流程

POST -->
BootSequence(BIOS) -->
Bootloader(mbr) -->
kernel(ramdisk) -->
rootfs(switch_root) --> /sbin/init(/etc/inittab;/etc/init/*.conf;/usr/lib/systemd/system/) -->
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

以上流程分两部分：

内核空间的启动流程：

POST（power on system test）：加电自检；给CMOS加电，通过启动其上的BIOS(Basic Input Output System即基本输入输出系统)程序去读取硬件信息并检测其是否存在。
Boot Sequence：按次序查找个引导设备，第一个有引导程序的设备即为本次启动要用到的设备。
Bootloader(mbr): 引导加载器，程序。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。（注意：BootLoader只能放在基本磁盘分区上，而不能存放于逻辑磁盘）
kernel(ramdisk):自身初始化
<1>探测可识别到的所有硬件设备
<2>加载硬件驱动程序（有可能会借助于ramdisk加载驱动）
- ramdisk （虚拟文件系统）: Linux内核特性之一；使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问；即把内存当磁盘来用。
- 配置文件：
  * CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img ；程序工具：mkinitrd
  为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件：mkinitrd /boot/initramfs- $(uname -r).img$ (uname -r)
  * CentOS 6，7：/boot/initramfs-VERSION-release.img；程序工具：dracut
  为当前正在使用的内核重新制作dracut /boot/initramfs- $(uname -r).img$ (uname -r)
rootfs：挂载根文件系统（readonly以只读方式挂载根文件系统）；
switch_root:切换根文件

用户空间的启动流程：

/sbin/init: 运行用户空间的第一个应用程序/sbin/init
* 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
设置默认运行级别：
* 运行级别：为了系统的运行或维护等目的而设定的机制
* 共分7个级别：0-6
* 0：关机，shutdown
* 1：单用户模式（single user），root用户无需认证，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，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，完全功能模式，图形界面
* 6：重启，reboot
- 默认级别为：3或5；服务器基本上默认使用3级别
  - 级别切换：init #
  - 级别查看：who -r或者runlevel
运行初始化脚本，完成系统初始化：/etc/inittab（只针对CentOS5系统）
* 每行定义一种action，以及与之对应的process
init配置文件/etc/inittab中的格式：
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
* ation：在什么条件下启动任务
* wait：等待切换至此任务所在的级别时执行一次
* respawn：此任务终止时就自动重新启动之
* initdefault：设定默认运行级别，此时process省略
* sysinit：设定系统初始化方式，此处一般指定/etc/rc.d/rc.sysinit脚本
* process：启动的任务
- init的处理流程：init是通过自上而下的读取inittab文件依次执行的
  * CentOS6在此设置默认的runlevel：id:5:initdefault:
  - init是根据/etc/rc.d/rc.sysinit中的内容进行系统初始化，/etc/rc.d/rc.sysinit所做的事情：
    (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；

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：
* 例如 /etc/rc.d/rc3/ 目录下的服务脚本所控制的服务：
* 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，而后关闭被依赖的服务
* S* ：要启动的服务；S##*,优先级数字越小，越是优先启动，被依赖的服务先启用，而后启动依赖的服务
* 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*.d;do $srv stop done for srv in /etc/rc.d/rc#.d/s*.d;do $src start done
- 注意：正常级别下，最后启动的一个服务SS99local 没有连接至/etc/init.d下的某脚本，而是连接至/etc/rc.d/rc.local脚本；因此，不便或不需要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。

设置启动终端，启动[ 图形 ] 终端；

        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；
        tty7:5:respawn:/etc/X11  #启动图形终端

chkconfig 命令：管控/etc/init.d/目录下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；

GRUB启动引导程序配置（Boot Loader）

grub：GRand Unified Bootloader

在系统启动流程中，BIOS读取相关信息之后，接下来就是去第一个可以启动的设备当中的MBR中读取Boot loader信息。

grub 0.X：grub legacy
grub 2.X：grub2
grub legacy：
- stage1：mbr
- stage1_5：mbr之后的扇区，让stage1中的bootloader能识别stage2所在的分区上的文件系统
- stage2：磁盘分区（/boot/grub/）
  配置文件：/boot/grub/grub.conf
  stage2及内核等通常放置于一个基本磁盘分区
- 功用：
  （1）：提供菜单，并提供交互式接口
  e：编辑模式；用于编辑菜单
  c：命令模式；交互式接口
  （2）：加载用户选择的内核或者操作系统；允许传递参数给内核；可隐藏此菜单。
  （3）：为菜单提供了保护机制；为编辑菜单进行认证；为启用内核或操作系统进行认证。
如何识别设备：（hd#，#）
- hd# ：磁盘编号，用数字表示，从0开始编号
- ：分区编号，用数字表示，从0开始编号

grub的命令接口

help：获取帮助列表
help KEYWORD:获取详细帮助信息
find (hd0,0)/PATH/TO/SOMEFILE
root (hd0,0) 设置谁为根
kernel /PATH/TO/RERNEL_FILE:内核路径；设置本次启动时用到的内核文件，额外还可以添加许多内核支持使用的cmdline参数；
     例如： init=/path/to/init,selinux=0
initrd /PATH/TO/LNITRAMS_FILE:设定为选定的内核提供额外文件的ramdisk
boot：引导启动选定的内核

...

配置文件：/etc/grub/grub.conf

配置项：
    default=#：设定默认启动的菜单项；菜单项（title）编号从0开始
    timeout=#：指定菜单项等待选项选择的时长
    spashimage=(hd#,#)/PATH/TO/XPM_PIC_FILE:指明菜单背景图片文件路径
    passwd [--md5] STRING: 菜单编辑认证
    hiddenmenu： 隐藏菜单
    title TITLE :定义菜单项“标题”，可以出现多次；
    root (hd0,0):grub查找stage2及kernel文件所在设备分区；为grub的根
    kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS] :启动内核
    initrd /PATH/TO/IMTRAMFS_FILE :内核匹配的ramfs文件
    passwd [--md5] STRING:启动选定内核或操作系统时进行认证

    grub-md5-crypt   #密码串生成工具
        [root@localhost ~]# grub-md5-crypt
        Password: 
        Retype password: 
        \$1$XJZYv/$NB0d91w7u2UIhXa0434I8.

grup出现问题无法启动系统后如何修复

本机grub安装（grub破坏后未重启）

<1> grub-install --root-directory=/ /dev/sda
<2>grub
        grub>root （hd#,#）
        grub>setup (hd#)

示例：
        [root@localhost ~]# dd if=/dev/sda of=/boot/mbr.bak count=1 bs=512  #备份MBR
        [root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sda count=1 bs=200  #破坏MBR前200个bs，即把grub.conf破坏了

    恢复方法1：  [root@localhost ~]# grub
                grub> root (hd0,0)
                root (hd0,0)
                Filesystem type is ext2fs, partition type 0x83
                grub> setup (hd0)   
                setup (hd0)
                 Checking if "/boot/grub/stage1" exists... no
                 Checking if "/grub/stage1" exists... yes
                 Checking if "/grub/stage2" exists... yes
                 Checking if "/grub/e2fs_stage1_5" exists... yes
                 Running "embed /grub/e2fs_stage1_5 (hd0)"...  27 sectors are embedded.
                succeeded
                 Running "install /grub/stage1 (hd0) (hd0)1+27 p (hd0,0)/grub/stage2 /grub/grub.conf"... succeeded
                Done.
                grub> quit       
                quit
    
    方法2：     [root@localhost ~]# grub-install --root-directory=/ /dev/sda
                Installation finished. No error reported.
                This is the contents of the device map //boot/grub/device.map.
                Check if this is correct or not. If any of the lines is incorrect,
                fix it and re-run the script `grub-install'.
                #this device map was generated by anaconda
                (hd0)     /dev/sda

grub破坏后重启，需要紧急救援模式来修复，步骤如下：
<1> 用安装光盘启动，在安装界面选择Rescue installed system 进入紧急救援模式（或者，在此界面按ESC键，在boot: 之后输入linux rescue 进入）
<2>然后根据提示选择语言和键盘格式
<3>选择是否配置网卡
<4>提示硬盘上的系统已经被找到并挂载在/mnt/sysimage 下，continue用读写模式加载
<5>输入chroot /mnt/sysimage切换磁盘根目录
<6>运行 grub-install --root-directory=/ /dev/sda 修复grub
注意：此处演示为centos6系统，如果centos7系统需要使用grub2-install --root-directory=/ /dev/sda

实现kickstart文件制作与光盘镜像制作

在我们CentOS系统安装完成后会在/root 目录下生成一个anaconda-ks.cfg文件，此文件就是kickstart，我们可以以此文件为模板来定制自己的kickstart文件。
可以使用 ks指明kickstart文件的位置
如：ks=cdrom:/PATH/TO/KICKSTART_FILE

kickstart文件的格式

命令段：指定各种安装前配置选项，如键盘类型等；分为：
- 必备命令
- 可选命令

程序包段：指明要安装的程序包，以及包组，也包括不安装的程序包；

       %package   #指明程序包段开始
       @group_name   #安装一个包组
        package             # 安装单个程序包
       -package           #明确指明不安装的
       %end          #程序包段结束

脚本段：
- %pre：安装前脚本
  运行环境：运行安装介质上的卫星Linux系统环境；
- %post：安装后脚本
  运行环境：安装完成的系统；

命令段中的必备命令：

authconfig：认证方式的配置；authconfig --enableshadow --passalgo=sha512
bootLoader：定义bootloader的安装位置及相关配置；bootloader --location=mbr --driveorder=sda --append="nomodeset crashkernel=auto rhgb quiet"
keyboard：设置键盘类型； keyboard us
lang：设置语言类型；lang en_US.UTF-8
part：分区布局；part /boot --fstype=ext4 --size=500 part pv.008002 --grow --size=1
rootpw：管理员密码；rootpw --iscrypted $6$UQONRau1iY1OvJbk$NB0k1D1LpHCbV6ioFOyq3LAH/L6tSF79upN.zg48ZV8y5NzBzOoXNlqaRZEIkPn.tDdPFnuxrAnS/e3UX
timezone：指定时区； timezone --utc Etc/UTC
补充：分区相关的其他指令
- clearpart：清楚分区；clearpart --linux --drives=sda
- volgroup：创建卷组；volgroup VolGroup --pesize=4096 pv.008002
- logvol：创建逻辑卷；logvol /home --fstype=ext4 --name=lv_home --vgname=VolGroup --grow --size=100

命令段中的可选命令：

install OR upgrade：安装或升级
text：安装界面类型，text为tui，默认为gui
network：配置网络接口；network --onboot yes --device eth0 --bootproto dhcp --noipv6
firewall：防火墙；firewall --disabled
selinux：SELinux；selinux --disabled
halt、poweroff或reboot：安装完成之后的行为；
repo：指明安装时使用的repository；repo --name="CentOS" --baseurl=cdrom:sr0 --cost=100
url：指明安装时使用的repository；为url格式。

定制kickstart文件

    yum install  system-config-kickstart
    system-config-kickstart
        
        检查语法错误：
        # ksvalidator

......

示例：
    [root@localhost ~]# yum install  system-config-kickstart  #安装system-config-kickstart
    [root@localhost ~]# system-config-kickstart #运行kickstart之后打开一个kickstart configurator的配置界面

在此图形界面中即可配置kickstart

创建光盘镜像

    
[root@localhost ~]# mkisofs -R -J -T -v --no-emul-boot --boot-load-size 4 --boot-info-table -V "CentOS 6 x86_64 boot" -c isolinux/boot.cat -b isolinux/isolinux.bin -o  /root/boot.iso   myboot/

Linux操作系统启动流程

Linux操作系统启动流程

以上流程分两部分：

GRUB启动引导程序配置（Boot Loader）

grub：GRand Unified Bootloader

：分区编号，用数字表示，从0开始编号

grub的命令接口

grup出现问题无法启动系统后如何修复

实现kickstart文件制作与光盘镜像制作

kickstart文件的格式

命令段中的必备命令：

命令段中的可选命令：

定制kickstart文件

创建光盘镜像

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