Linux启动流程

川长思鸟来 2022-05-18 09:25 229阅读 0赞

*  **操作系统的启动流程**
 *  操作系统启动的流程:`post-->BIOS(Boot Sequence)--->MBR(boot loader,446)-->kernel---> initrd ---> 查找根文件系统,启动根文件系统-->init(用户空间的第一个进程);`
 *  `post`加电自检:将`BIOS` 中的程序映射进`CPU`可以查找的内存中的地址空间, `ROM` 映射进`RAM`里面,这些指令用于完成硬件设备的检查;
 *  关于`bootloader`:
    
     *  对于不同的操作系统来说是不同的,`Linux`与`Windows`的`bootloader`是不同的,`windows`默认是锁定`MBR`的,不允许其他的操作来替换;`Linux`支持的`bootloader`包括`LILO(Linux Loader)`,不支持大硬盘或者分区,嵌入式一般使用这个;
     *  `GRUB(Grand Unified bootloader)`:包含两个阶段;  
        ![这里写图片描述][70]
        
         *  `stage1` :装载在`MBR`中了,目的是用来引导第二个阶段的;
         *  `stage1.5`:其中为了识别常用的`stage2`的文件系统,引入`stage1.5`,用于支持常见的文件系统;
         *  `stage2`:第二个阶段在`/boot/grub/stage2`里面,`MBR` 第一阶段所访问的`/boot/grub/`是一个基本磁盘设备,可以进行硬访问,第二个阶段是不受 `446`字节的大小限制的设别,可以进行硬访问;  
            ![这里写图片描述][70 1]
         *  `grub`的`stage2`阶段的配置文件`/boot/grub/grub.conf`:
            
             *  `default=0`:表示默认启动第一个操作系统;
             *  `timeout`:等待用户选择的超时时长
             *  `splashimage=`:用于指定背景图图片;
             *  `Hiddenmenu`:表示隐藏菜单;
             *  `title`:表示内核标题,操作系统标题;
             *  `root`:表示内核文件所在的设备,如果`grub`找不到`kernel`的位置,需要进入救援模式来手动探测内核所在的位置;`grub`识别硬盘都是按照 `hd`开头,第一个为`hd0`;
             *  `kernel`:一行表示`kernel`文件路径以及传递给内核的参数;这一行和`/proc/cmdline`文件是一致的;这个`knernel`是直接通过访问内核所在的分区来访问的,并不铜鼓根文件系统,因为i这时,根文件系统还没有被识别;如果没有进行单独分区,就需要使用`/boot/`
             *  `initrd`:表示`ram disk`文件路径,是在操作系统安装的最后生成的,里面各种文件,除了内核文件之外都有;
             *  `/boot`:是一个独立的分区,`grub`访问内核时,文件系统还没有加载,所以直接访问磁盘上的`/boot`,就不需要根来查找对应目录,也就不需要加载内核文件系统这个操作;
         *  `grub`的应用:编辑界面:在系统启动过程中,按`e`进入编辑界面;`a`可以用于修改内核参数;`c`:可以用于进入命令行界面;`b`:用于进行重新启动;
            
             *  如果需要添加`grub`密码:在`title`上面添加`password`,使用命令`grub-MD5-crypt`:可以用于添加`grub`加密后的密码,格式为`password --md5`;
             *  如果密码文件放在了`title`下面.表示在装载内核时,需要输入密码;
 *  `BIOS`:里面设置这操作系统的顺序,一次去查找这些设备的`MBR`,`bootloader`查找操作系统所在的分区,并且加载内核,转载进入内存;最后`kernel` 获得控制权,识别文件系统,探测内核,识别关键设备;
 *  查看系统的运行级别:
    
     *  `who -r`:用于查看当前系统的运行级别;
     *  `runlevel`:也是用于查看当前系统的运行级别的,前面的`N`表示没有进行级别切换;  
        ![这里写图片描述][70 2]
 *  `grub`的损坏和修复:
    
     *  使用命令破坏前`446`个字节, `dd if/dev/zero of=/dev/sda count=1 bs=400`,建议使用虚拟机进行测试,不要再真机上面进行测试;
     *  使用 `sync`进行同步;
     *  `root(hd0,0)`硬盘等设备,通常被`grub`识别为`hd`开头的设备,通常`MBR`位置`0`分区;
     *  `setup(hd0)`安装:
     *  或者直接使用`grub-install –root-directory=/grub`所在的位置;往其他硬盘上装载`grub`;
     *  创建三个分区:创建一个`boot`目录,挂载一块磁盘,使用命令`grub-install-root-directory=/mnt/dev/hda`;
     *  编辑`/mnt/boot/grub/grub.conf`
     *  添加:

defaultlt=0
    timeout=5
    title Fake linux
    root(hd0,0)
    kernel /vmlinux
    initrd /initrd.img

*  再次强调一下千万不要拿`grub.conf`开玩笑,不然系统就毁了;否则就得自己写一个;使用 `find (hd0,0)/` 来查找内核所在的位置;首先指定`root (hd0,0)` 在执行 `kernel/vmlinux-2.6-补全文件`所在的位置;在指定 `initrd /initrd-2.6-补全`,然后使用`boot` 进行重启;
 *  内核初始化的过程:
    
     *  1.设备探测;
     *  2.驱动初始化,需要从`initrd` 文件中装在驱动模块,`redhat6` 称为`initramfs`
     *  3.以只读方式挂载根文件系统;
     *  4.装载第一个进程`init`,`PID`为`1`的进程;
 *  `/sbin/init`:通常读取的文件是`/etc/inittab`
    
     *  `upstart`:一个可执行程序,速度比较快`redhat6.0`以后开始使用,可以用于并行启动进程;
     *  `systemd`:并行启动多个进程的`init`进程,并行能力更强,但是可能不太稳定,基于事件启动;`redhat5`和`redhat6`上面的`init`进程是不相同的,配置文件也不相同;`init` 都是`inittaab`切割后的各种片,每一个文件都是基于事件驱动的方式来启动的;
 *  `redhat5`的`/etc/inittab`文件:  
    ![这里写图片描述][70 3]
    
     *  三个冒号分开的四段:
        
         *  `ID`:表示标识符,必须与每一行都不相同;
         *  `runlevel`:表示在那个级别下执行这个动作;
         *  `action`:表示执行的动作,什么时候执行这个动作;
            
             *  `sysinit`:表示系统初始化;
             *  `wait`:表示级别切换到次级别时,执行一次;
             *  `respawn`:一旦程序终止,会重新启动;
         *  `process`:要运行的进程程序;如果不指定级别,表示的就是所有级别;
     *  `K`开头的表示停止,`S`开头的表示启动,文件里面的大多数表示的是链接文件,其实各个执行的级别后面代表的都是一个个服务或者脚本文件,然后通过一个脚本来同一控制这些脚本的执行;
     *  `/etc/inittab`执行的任务:
        
         *  1.设定默认的运行级别;
         *  2.运行系统的初始化脚本;
         *  3.运行指定运行级别对应目录下的脚本;
         *  4.设定 `Ctrl+Alt+delete` 组合键的操作;
         *  5.启动虚拟终端`(2345)`;
         *  6.启动图形终端(`5`级别);
         *  7.定义`UPS`电源在电源故障时,恢复时执行的脚本
 *  `/etc/rc.d/rc.sysinit`完成的任务:

#!/bin/bash
    #
    # /etc/rc.d/rc.sysinit - run once at boot time
    #
    # Taken in part from Miquel van Smoorenburg's bcheckrc.
    #
    
    HOSTNAME=$(/bin/hostname)
    
    set -m
    
    if [ -f /etc/sysconfig/network ]; then
        . /etc/sysconfig/network
    fi
    if [ -z "$HOSTNAME" -o "$HOSTNAME" = "(none)" ]; then
        HOSTNAME=localhost
    fi
    
    if [ ! -e /proc/mounts ]; then
    	mount -n -t proc /proc /proc
    	mount -n -t sysfs /sys /sys >/dev/null 2>&1
    fi
    if [ ! -d /proc/bus/usb ]; then
    	modprobe usbcore >/dev/null 2>&1 && mount -n -t usbfs /proc/bus/usb /proc/bus/usb
    else
    	mount -n -t usbfs /proc/bus/usb /proc/bus/usb
    fi
    
    #remount /dev/shm to set attributes from fstab #669700
    mount -n -o remount /dev/shm >/dev/null 2>&1
    #remount /proc to set attributes from fstab #984003
    mount -n -o remount /proc >/dev/null 2>&1
    
    . /etc/init.d/functions

* 1.激活`udev` 和 `selinux`;
    * 2.根据`/etc/systl.conf`文件来设置内核参数;
    * 3.设定时区时钟;
    * 4.装载键盘映射;
    * 5.启用交换分区;
    * 6.设置主机名;
    * 7.根文件系统检测,并且以只读方式重新挂载;
    * 8.激活`RAID`设备和`LVM`设备;
    * 9.启用磁盘配额;
    * 10.根据`/etc/fstab`,检查并挂载其他文件系统;
    * 11.清理过期的的锁和`PID`文件;

*  `init`:用户空间的主导程序,用户空间的管理都由`init`管理;
 *  **内核的设计风格**
 *  在内核启动之前,文件系统是没有启动的,内核所在的分区是由`bootloader`来识别的,所以`bootloader`需要来识别文件系统;根文件系统是访问其他目录或者文件的入口,根文件系统是自引用的,这个过程由内核完成,内核必须可以探测访问内核所在的分区,但是由于磁盘硬件的不同,这些驱动不可以全部做入内核,所以存在两种内核设计理念;
 *  单内核设计:把所有功能都做进内核,文件系统,进程管理等功能,逻辑上简单,但是导致内核系统十分庞大;
 *  微内核设计:将上述功能做成一个子系统,驱动程序,文件系统作为子系统,一个子系统坏掉,不影响正常启动,彼此之间的协调很复杂;
 *  `Linux` 是单内核设计支持`LWP`轻量级进程,`Linux`对于线程的支持并不是很好;内核代码十分庞大,按照自己的实际需要进行编译安装,`Linux`同时也引入了微内核的思想;内核的设计是模块化的,有核心和其他模块组成,内核核心可以动态的加载所需要的内核模块,在`/lib/modules/`里面内核版本号命名的目录/模块之间是有依赖关系,有一个文件来解决依赖;命令一般为 `vmlunuz-2.6.32`目录在里面有文件系统,驱动程序,加密解密程序等;
 *  `linux`采用模块化设计,由核心模块和外为模块组成;
    
     *  内核的核心功能称为`ko`,内核核心本身很小,在需要使用的时候,如果已经完成过编译,就只需要进行加载就可以了;
     *  外围模块: 大多数模块都在目录`/lib/modules/内核版本号码`里面,也就是内核所需要的模块在某个设备上,而访问该设备的驱动程序也在这个设备上;
     *  所以需要在内核和需要访问的是设备之间添加一个程序文件,这个文件不是事先编译好的,而这个程序文件,也就是这个文件并不是事先在编译内核是就提供的,而是根据内核和`BISO`生成的相关硬件配置信息,在安装操作系统时生成的一个文件,这个设备可以成为桥接设备;
        
         *  这个设备文件提供一个独立的文件系统,用于内核来访问,这是一个伪文件系统,用于临时的根切换,同时将该文件系统的`/proc`, `/sys` , `/dev`,转到真正的根文件系统;
     *  在`redhat6`的`bash-shell`使用的是命令`chroot`,但是在`rhel5`上面使用的是`nash`提供的命令`switch-root`,
 *  `/lib/modules/内核版本号码`:  
    ![这里写图片描述][70 4]
    
     *  `dep`:表示的都是内核依赖文件;
     *  `alias`:表示的是内核别名文件;
     *  `map`:表示的是内核映射关系;
     *  `kernel`:  
        ![这里写图片描述][70 5]
        
         *  `arch`:表示和平台相关的文件;
         *  `crypto`:表示和加解密相关的文件;
         *  `drivers`:表示和驱动相关的文件;
         *  `fs`:表示和文件系统相关的文件;
         *  `lib`:表示依赖的库文件;
         *  `mm`:表示的是内存管理相关的文件;
         *  `net`:表示网络相关的文件,通常是驱动协议,不是驱动程序;
         *  `sound`:表示和声音相关的文件;
 *  在`nash shell` 中提供了一个`switch root`来完成根切换;伪文件系统里面的文件可以讲内存中的一段空间模拟成硬盘来使用,这段空间称为`ramdisk` 或者 `ram filesystem`,使用这段空间来展开伪文件系统中的文件,内核访问根文件系统需要驱动程序和文件系统来进行访问;
 *  这段地址空间在`rhel5`上面称为`ramdisk--->initrd`,在`rhel6`上面`ramfs-->initramfs`
 *  用户空间的命令用于实现根切换的命令是`chroot`;
    
     *  首先创建一个目录`chroot`
     *  然后创建`/bin/bash`,在`chroot`里面的目录,也就是`./bin/bash`
     *  使用`ldd /bin/bash`依赖的库文件,并且建立库文件的相对目录,复制库文件到对应的目录里面;
     *  按照上面的过程同时还可以复制一些常见的命令文件过去,在这个目录底下,就可以执行这些文件;  
        ![这里写图片描述][70 6]
 *  `bootloader`是完成`kernel`和`initrd`的加载的,最后将`initrd`交给`kernel`使用;
 *  `Init`的功能:
    
     *  定义操作系统的运行级别:
        
         *  `0`:表示`halt`,表示停止操作系统,但是不关闭电源;
         *  `1`:`single user root`表示单用户模式,直接登录管理员,不适用密码登录,使用`s或者 S`或者`single`都可以进入单用户模式;
         *  `2`: `multi user root`:表示多用户模式,启用网络功能,但是不启用`NFS`等网络文件系统;
         *  `3`:`multi user root`:多用户模式,启用正常的系统功能,但是是文本模式;
         *  `4`:`reserved`:保留级别,暂时没有定义;
         *  `5`:`multi user root`:多用户启动图形界面;
         *  `6`:`reboot`:重启,如果定义为这个级别,系统会一直重新启动;
 *  `/etc/rc.d/rc.sysinit`文件的内容:
    
     *  `Si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit`.完成`OS`的初始化,里面对应的`K`开头的文件和`S`开头的文件,都是按照级别等级需要执行的,这些脚本都是`Linux`执行的服务脚本,对于这些脚本至少需要接受四个参数:`start stop restart status`,以及`reload configtest`;
     *  脚本的规范:
        
         *  服务脚本都有相同意义的两行`chkconfig`:用来定义定义这个脚本来创建一个链接,三组数字分别表示为:
            
             *  启动的运行级别:也就是这些程序在哪些运行级别下面运行;
             *  `SS`启动的优先顺序:表示相对于其他应用程序的启动优先级;
             *  `KK`关闭的优先顺序:表示相对于其他应用程序的关闭优先级别;
             *  `description`:这个脚本文件完成的工作的一个大致的介绍;
     *  当`chkconfig`命令为此脚本来创建链接时,`runlevels`表示创建默认为`S`开头的连接,除此之外的级别默认创建为`K`开头的链接;`S`后面的启动优先级为`SS`所表示的数字,`K`后面关闭优先顺序为`KK`所代表的数字;`runlevel`后面可以为`–`表示默认没有开头为`S`的链接;
     *  `chkconfig`命令:
        
         *  `--list`:用于列出所有独立守护进程的启动设定,可以使用`chkconfig –list SERVICE_NAME`查看某个具体的服务;
         *  `--add SERVICE_NAME`:用于自动创建服务脚本所使用的链接;
         *  `--del SERVICE_NAME`:用于删除服务的链接文件;
         *  `--level runlecvels SERVICE_NAME {on | off}`:用于指定在那个级别开启或者关闭,如果省略级别指定默认为`2345`级别;
     *  `/etc/rc.d/rc.local`文件,本质上是一个链接文件
        
         *  系统最后执行的一个脚本,可以用于自定义一些自己需要的服务,不方便写成脚本的  
            服务,感觉很有用;
 *  使用`chkconfig`管理的服务通常称为独立守护服务,就是自己来管理自己应该在那些级别下面启动,在那些情况下开启;
 *  **守护进程类型**
 *  独立守护进程:服务的关闭启动等是自己进行管理,这种类型的进程适合于长时在线的服务;
 *  瞬时守护进程:不需要关联至运行级别;由`xinetd`来负责进行管理,`xinetd`也称为超级守护进程,但是超级守护进程`xinetd`是需要关联至运行级别的,超级守护进程是记录自己守护的瞬时守护进程是按需进行开启的,当需要访问时,`xinetd`通知相关的瞬时守护进程,完成服务后,瞬时守护进程就会关闭;  
    ![这里写图片描述][70 7]

[70]: /images/20220518/2d36b9d368f7402bb079dfdb609725e3.png
[70 1]: /images/20220518/4d554f87b3384275a1ef08bf0c0f8799.png
[70 2]: /images/20220518/0ae348d29e7e4b74bbf0bd6cc25b9f1c.png
[70 3]: /images/20220518/01264171cd3d4a83a13cef0e0407f8bb.png
[70 4]: /images/20220518/ac5b371a2fc5477db94e4dff38a932a8.png
[70 5]: /images/20220518/02b2060155534b48852c47415ad70935.png
[70 6]: /images/20220518/8bcc51cc7951497fb1cddcc76c0433e5.png
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