linux系统开机启动过程描述
当按下电源键后计算机硬件会主动读取BIOS来加载硬件信息及进行硬件系统的自我测试,之后系统会主动读取第一个可启动的设备(由BIOS设置的),此时就可以读入引导装载程序了(Boot Loader)。
引导装载程序可以指定使用哪一个内核文件来启动,并实际加载内核到内存当中解压缩与执行,此时内核就能够开始在内存内活动,并检测所有硬件信息与加载适当的驱动程序来使主机开始运行。
等到内核检测硬件与加载驱动程序完毕后,主机系统开始运行后,此时linux才会调用外部程序开始准备软件执行的环境,并且实际加载所有系统运行所需要的软件程序。最后系统就会开始等待用户的登录与操作。
简单来说:
- 加载BIOS的硬件信息与进行自我测试,并依据设置取得第一个可启动设备;
- 读取并执行第一个启动设备内MBR(主引导分区)的Boot Loader(即是gurb等程序);
- 依据Boot Loader的设置加载Kernel,Kernel会开始检测硬件与加载驱动程序;
- 在硬件驱动成功后,Kernel会主动调用init进程(/sbin/init),而init会取得runlevel信息;
- init执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件来准备软件的操作环境(如网络、时区等);
- init执行runlevel的各个服务的启动(script方式);
- init执行/etc/rc.d/rc.local文件;
- init执行终端机模拟程序mingetty来启动login程序,最后等待用户登录。
BIOS
BIOS(Basic Input Output System)加载完硬件信息后,进行开机自检,然后开始执行硬件检测的初始化,并配置PnP设备,之后再定义出可启动的设备顺序,接下来开始进行启动设备的数据读取。
MBR
MBR(Master Boot Record,主引导分区)。每块硬盘的第一个扇区内含有446 Bytes的MBR区域。如果主机上有多块硬盘,系统会依据BIOS的设置,选择某块硬盘的MBR读取引导装载程序。
系统的MBR指的是第一个启动设备的MBR。
BootLoader
由于我们的系统软件大多放置到硬盘中,所以BIOS会指定启动的设备,好让我们可以读取磁盘中的操作系统内核文件。但由于不同的操作系统的文件系统格式不相同,因此我们必须要以一个引导装载程序(Boot Loader)来处理内核文件加载的问题。
加载内核检测硬件
当通过Boot Loader的管理而开始读取内核文件后,接下来,Linux就会将内核解压缩到内存当中,并利用内核的功能开始测试与驱动各个周边设备,包括存储设备、CPU、网卡、声卡等。此时Linux内核会以自己的功能重新检测一次硬件,而不一定会使用BIOS检测到的硬件信息。也就是说内核此时才开始接管BIOS后的工作。
内核文件一般放再/boot里面。
第一个进程init
在内核加载完毕之后进行完硬件检测与驱动程序加载后,此时你的主机硬件应该已经准备就绪了,此时内核会主动调用第一个进程/sbin/init。
/sbin/init最主要的功能就是准备软件执行的环境,包括系统的主机名、网络设置、语系处理、文件系统格式以及其他服务的启动等。而所有的操作都会通过init的配置文件,即是/etc/inittab来规划,而inittab内还有一个很重要的设置选项,runlevel。
init处理系统初始化流程/etc/rc.d/rc.sysinit
/etc/inittab中si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
,这表示开始加载各项系统服务之前,得先设置好整个系统环境,主要是利用/etc/rc.d/rc.sysinit这个shell脚本来设置好系统的环境。
启动系统服务与相关启动配置文件
启动系统服务/etc/rc.d/rc。
相关启动配置文件/etc/sysconfig。
加载内核让整个系统准备接受命令来工作,再经过/etc/rc.d/rc.sysinit的系统模块与相关硬件信息的初始化后,我们还需要启动系统所需的各项服务,这样主机才能提供我们相关的网络或主机功能。
依据/etc/inittab中runlevel的设置值来决定启动的服务选项。
下面是各个runlevel服务启动的各项脚本放置处。
/etc/inittab中:
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0 l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1 l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2 l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3 l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4 l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5 l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 612345671234567
格式:
id:runlevel:action:process
对/etc/rc.d/rc 3解释:
- 由/etc/rc.d/rc 3可以取得/etc/rc3.d/这个目录来准备处理相关的脚本程序;
- 找到/etc/rc3.d/K??*开始的文件,并进行“/etc/rc3.d/K??*stop操作”;
- 找到/etc/rc3.d/S??*开始的文件,并进行“/etc/rc3.d/S??*start操作”;
根据上图我们可以发现全是连接文件,连接到服务启动目录/etc/init.d/去。
用户自定义开机启动程序/etc/rc.d/rc.local
有任何想要在启动时就进行的工作,直接将它写入/etc/rc.d/rc.local,那么该工作就会在启动的时候被自动加载,而不必等到登录系统后去启动。
根据/etc/inittab的设置加载终端机
在完成了系统所有服务的启动后,接下来Linux就会启动终端机来等待用户登录。
/etc/inittab中
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1 2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2 3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3 4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4 5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5 6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6123456123456
init执行终端机模拟程序mingetty来启动login程序,最后等待用户登录。
(1)POST加电自检
POST(PowerOnSelfTest)首先对每一个设备进行检查。完成后会交给BIOS寻找存有引导记录的设备,找到后读入操作系统引导记录,然后将系统控制权交给引导记录,并由引导记录来完成系统的顺利启动。
(2)MBR引导
MBR(Master Boot Record) MBR记录一般是在磁盘 0 磁道 1 扇区,共512个字节。前446个字节是BootLoder,后 4*16 的 64 个字节是存放分区信息的,最后 2 个字节是校验信息,一般是 55AA。
(3)GRUB(GRand Unified Bootloader)、加载内核
就是MBR中的前 446 个字节,是BooTLoader的一种,它的作用是要选择要启动和加载内核的。
(4)kernel
Linux属于单核系统:Kernel+各种外围模块组成。通过grub加载内核后(有可能会借助于ramdisk加载驱动),内核开始自我解压并工作通过虚拟根文件系统initrfs 调用init工作。
ramdisk:内核中的特性之一:使用缓冲和缓存来回事对磁盘上的文件访问;
CentOS 5: initrd, 工具程序:mkinitrd
CentOS 6: initramfs, 工具程序:mkinitrd, dracut
(5)启动init程序(/sbin/init)
init程序的类型:
SysV: init, CentOS 5
配置文件:/etc/inittab
Upstart: init, CentOS 6
配置文件:/etc/inittab, /etc/init/*.conf
Systemd:systemd, CentOS 7
配置文件:/usr/lib/systemd/system, /etc/systemd/system
/sbin/init程序有0-6,七个级别
0:关机
1:单用户模式(root, 无须登录), single, 维护模式;
2: 多用户模式,会启动网络功能,但不会启动NFS;维护模式;
3:多用户模式,正常模式;文本界面;
4:预留级别;可同3级别;
5:多用户模式,正常模式;图形界面;
6:重启
默认级别为3,5,配置文件是/etc/inittab
每一行定义一种action以及与之对应的process
配置文件中四个字段的定义:id:runlevel:action:process
action:(action的选项)
wait: 切换至此级别运行一次;
respawn:此process终止,就重新启动之;
initdefault:设定默认运行级别;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;
init程序启动以后首先运行脚本/etc/inittab来读取级别,如果你指定级别,就按指定级别运行,不是就是用默认的3级别;
然后运行/etc/rc.d/rc.sysinit这来初始化脚本;
运行完后会执行/etc/rc.d/rc#.d
/etc/rc.d 目录中存放着123456运行级别的目录,
每一个rc#.d里都包含很多K或S开头的文件这些都是链接文件,这些文件代表这个级别需要启动和关闭的服务,K开头表示需要关闭的服务,S开头表示需要关闭的服务
K*: K##*:##运行次序;数字越小,越先运行;数字越小的服务,通常为依赖到别的服务;
S*: S##*:##运行次序;数字越小,越先运行;数字越小的服务,通常为被依赖到的服务;
chkconfig命令:查看和管理每个级别下的服务的状态
查看服务在所有级别的启动或关闭设定情形:
chkconfig [--list] [name]或者直接chkconfig
添加: chkconfig --add name 可以将自己写的一些脚本,让此命令统一管理
这条命令是在每个级别里面创建对应的K或S开头的文件,创建什么类型的文件要根据/etc/rc.d/init.d (/etc/init.d)的配置文件
我们测试一下,编辑一个配置文件/etc/rc.d/init.d/testsrv
删除: chkconfig --del name 服务不由chkconfig这种机制来管理
修改指定的链接类型:
chkconfig [--level levels] name <on|off|reset>
--level LLLL: 指定要设置的级别;省略时表示2345
使用这个命令修改下chkconfig --level 45 testsrv off
前面执行完了,会执行/etc/rc.d/rc.local脚本,此脚本是启动过程中最后启动的一个脚本。
因此不便或不需写为服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d/目录,且又想开机时自动运行的命令可以放在/etc/rc.d/rc.local中
最后会执行 /bin/login 登录用户。至此系统启动过程完成