centos系列的啟動流程及基礎知識點

下面介紹的是基於Intel x86架構的CentOS系列作業系統的啟動流程。

1、Linux系統基礎簡介

（1）、Linux【系統組成】：核心+應用程式 或 核心+rootfs

（2）、Linux的【執行環境】：核心空間 --------核心程式佔用CPU和記憶體資源總和

                            使用者空間 --------應用程式佔用CPU和記憶體資源總和

（3）、【核心】主要具有6個【功能】：程式管理、檔案系統管理、記憶體管理、網路協議管理、驅動管理、記憶體功能。

  對於核心，有兩種設計：單核心、微核心。單核心，是所有功能聚集於一個程式，表現為一個程式。微核心，是所有功能都有單獨的子系統。對於Linux系統，採用的是單核心、模組化設計。

（4）、Linux核心的三部分：核心核心檔案、核心物件檔案、ramdisk

 Linux的【核心檔案】 ----------/boot/vmlinuz

 核心【模組檔案】 --------/lib/moduls/2.6.32-573.el6.x86_64/kernel

 ramdisk ------------/boot/initramfs-2.6.32-573.el6.x86_64.img  (其以.img結尾)

   centos5的ramdisk 為 /boot/initrd -----------用mkinitrd 工具生成

   centos6/7的ramdisk 為 /boot/initramfs -------用dacut 工具生成（限於7使用），但也相容mkinitrd

 ramdisk 是雙緩衝和雙快取。

2、CentOS6 作業系統啟動流程

（1）、POST加電自檢

    加電自檢中，運用ROM中的BIOS程式。主機板上ROM中儲存的BIOS程式，被主機板晶片對映入記憶體，從而協助CPU完成。

（2）、Bootsequence啟動程式

    據BIOS找啟動程式，找第一個載入程式。根據BIOS的啟動順序，一次訪問各個儲存裝置，檢查其MBR中是否有載入程式，如果有則將載入程式載入至記憶體，並且將硬體的管理權移交給載入程式。

（3）、引導載入器BootLoader

    一般使用MBR中的grub，應用grub載入檔案系統，grub能提供一個使用者選單，命令列介面互動操作。-----------應用grub legacy。

    載入程式grub，開始載入stage1.5，以驅動根檔案系統，然後從根裝置載入stage2至記憶體，stage2的程式碼將會從同一磁碟分割槽載入kernel至記憶體，同時將硬體的管理權移交給kernel

（4）、載入核心kernel ----------------核心核心檔案放在【基本分割槽】上

    對核心進行初始化，載入硬體的驅動程式。

    kernel試圖掛載根檔案系統，如果其內部有直接編譯成核心的檔案系統驅動程式，則無需其他輔助直接以只讀方式掛載根檔案系統即可，否則，必須依賴於ramdisk提供的臨時根檔案系統作為過渡，待根檔案系統驅動成功以後，完成切換的工作，以只讀方式掛載真正的檔案系統。

（5）、載入根檔案系統rootfs -----以只讀的方式掛載根檔案系統。

    如果沒有驅動，藉助於ramdisk載入驅動。

（6）、執行使用者空間的第一個應用程式: /sbin/init。

  CentOS 6的Init程式為：upstart（基於事務驅動）。

  配置檔案：/etc/inittab ----------僅定義預設執行級別

            /etc/init/*.conf --------rcS.conf（系統初始化指令碼）； rc.conf（執行級別關閉或開啟系統服務的任務）； start-ttys.conf（終端相關的任務）； prefdm.conf（圖形介面的任務）。

（7）、設定預設執行級別 ----------/etc/inittab

（8）、系統初始化 ------------/etc/init/*.conf

（9）、並行執行任務：定義ctrl+alt+del熱鍵功能；關閉對應級別下應停止的服務，開啟對應級別下應開啟的服務；電源管理；dbus管理等。根據執行級別，選擇開啟的終端數量及位置。

（10）、登入提示符

  使用mingetty命令來呼叫login命令，來為使用者列印登入提示符。

3、CentOS5基礎

（1）、CentOS基礎

  CentOS5的7個執行級別為0-6，0為關機、6為重啟、1為單使用者模式、2-5為多使用者模式，3為多使用者的命令列介面，5為多使用者的圖形化介面。

  

  檢視執行級別：# who -r 或 # runlevel

  切換執行級別：# init 0-6

  CentOS5的第一個引用程式為Init，其配置檔案為/etc/inittab。配置檔案指明系統初始化的任務

  執行【規定的任務】，格式為：id:runlevels:action:process。 action表示啟動此任務，通常為sysinit，一般是執行/etc/rc.d/rc.sysinit指令碼。所有由rc指令碼關閉或啟動的連結檔案的原始檔都在/etc/rc.d/init.d，該目錄建立了連結/etc/init.d。

  在init引導啟動使用者空間程式時，不需要寫在系統服務中的內容，寫在/etc/rc.d/rc.local指令碼中。

（2）、chkconfig命令

  chkconfig命令 ------------檢視和管理系統服務的執行狀態。

    # chkconfig --list [name]

    # chkconfig --add name

    # chkconfig --del name

  修改/etc/rc.d/rc#.d/，管理系統服務。例如：# chkconfig: 2345 90 60 （其中，2345為執行級別，90為開啟的優先順序，60為關閉的優先順序。）

  單獨制定系統服務開啟或關閉：# chkconfig [--level levels] name <on|off|reset>

  在init引導啟動使用者空間程式時，不需要寫在系統服務中的內容，寫在/etc/rc.d/rc.local指令碼中。

（3）CentOS5作業系統的啟動流程

    1）、POST加電自檢

      加電自檢中，運用ROM中的BIOS程式。主機板上ROM中儲存的BIOS程式，被主機板晶片對映入記憶體，從而協助CPU完成。

    2）、Bootsequence啟動程式

      據BIOS找啟動程式，找第一個載入程式。根據BIOS的啟動順序，一次訪問各個儲存裝置，檢查其MBR中是否有載入程式，如果有則將載入程式載入至記憶體，並且將硬體的管理權移交給載入程式。

    3）、引導載入器BootLoader

      一般使用MBR中的grub，應用grub載入檔案系統，grub能提供一個使用者選單，命令列介面互動操作。-----------應用grub legacy。

      載入程式grub，開始載入stage1.5，以驅動根檔案系統，然後從根裝置載入stage2至記憶體，stage2的程式碼將會從同一磁碟分割槽載入kernel至記憶體，同時將硬體的管理權移交給kernel

    4）、載入核心kernel ----------------核心核心檔案放在【基本分割槽】上

      對核心進行初始化，載入硬體的驅動程式。

      kernel試圖掛載根檔案系統，如果其內部有直接編譯成核心的檔案系統驅動程式，則無需其他輔助直接以只讀方式掛載根檔案系統即可，否則，必須依賴於ramdisk提供的臨時根檔案系統作為過渡，待根檔案系統驅動成功以後，完成切換的工作，以只讀方式掛載真正的檔案系統。

    5）、載入根檔案系統rootfs -----以只讀的方式掛載根檔案系統。

      如果沒有驅動，藉助於ramdisk載入驅動。

    6）、執行使用者空間的第一個應用程式: /sbin/init。

      kernel試圖啟動第一個程式：/sbin/init，而後kernel轉入後臺，將使用者空間的程式管理任務交給init程式來完成

      配置檔案：/etc/inittab  /etc/init/*.conf  /etc/rc.d/rc.sysinit  /etc/rc.d/rc

    7）、執行/sbin/init 和 /etc/inittab檔案

    8）、設定預設的執行級別

    9）、執行/etc/rc.d/rc.sysinit指令碼，完成系統初始化

    10）、執行/etc/rc.d/rc指令碼，關閉對應級別下應停止的服務，開啟對應級別下應開啟的服務

    11）、設定熱鍵，如：Ctrl+Alt+Del熱鍵功能

    12）、UPS電源的失效與恢復

    13）、生成終端，預設啟動圖形介面。

4、Bootloader

 grub通用統一載入器有兩種，即grub legacy和grub2。

 grub legacy分為三個階段，分別是第一階段、第二階段和中間的1.5階段。中間階段的作用是，讓第一階段的載入程式識別第二階段分割槽的檔案系統。stage2提供了很多功能，其中最重要的是載入作業系統的核心核心檔案，還可以提供選單和互動介面、允許使用者編輯選單、命令列操作模式、具身份驗證機制。

 

 grub命令列常用的6個命令如下：

  1）、help：獲得grub命令的名稱列表

  2）、help GRUB_CMD：特定命令的詳細幫助資訊

  3）、root (hd#,#)：指定grub程式的根裝置（磁碟的指定分割槽）。hd# 為磁碟編號，# 為分割槽編號，# 一般是從0開始的數字，如0表示第一個分割槽，如 (hd0,0)，表示當前計算機上的第一塊磁碟的第一個分割槽。

  4）、find (hd#,#)：指定分割槽中搜尋檔案，顯示出檔案所在的位置

  5）、kernel /PATH/TO/KERNEL_CORE_FILE：本次啟動的核心檔案的絕對路徑。額外核心引數：ro root=/dev/sda3 selinux=0 init=/sbin/init quiet rhgb {1|s|S|single}

  6）、initrd /PATH/TO/initramfs-VERSION-release.img：核心所對應的ramdisk(ramfs)檔案

 grub的配置檔案為 /boot/grub/grub.conf 和 /etc/grub.conf(連結)。配置檔案裡的內容如下：

   default=0 ------預設啟動選單項，title是從0開始編號

   timeout=5 ------倒數計時

   splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz -----圖片背景

   hiddenmenu ------------（是否）隱藏grub的啟動選單

   password --md5 CRYPTED_PASSWORD ------------選單的保護密碼

   title CentOS 6 (2.6.32-573.el6.x86_64) ------選單標題，可多個title

     root (hd0,0)

     kernel /vmlinuz-2.6.32-573.el6.x86_64 ro root=UUID=5ebb0e76-bb19-4a80-9c70-0d101c0778e1 nomodeset rd_NO_LUKS  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_MD crashkernel=auto LANG=zh_CN.UTF-8 rd_NO_LVM rd_NO_DM rhgb quiet

     initrd /initramfs-2.6.32-573.el6.x86_64.img

     password --md5 CRYPTED_PASSWORD

5、CentSO7 作業系統啟動流程

（1）、POST加電自檢

    加電自檢中，運用ROM中的BIOS程式。主機板上ROM中儲存的BIOS程式，被主機板晶片對映入記憶體，從而協助CPU完成。

（2）、Bootsequence啟動程式

    據BIOS找啟動程式，找第一個載入程式。根據BIOS的啟動順序，一次訪問各個儲存裝置，檢查其MBR中是否有載入程式，如果有則將載入程式載入至記憶體，並且將硬體的管理權移交給載入程式。

（3）、引導載入器BootLoader

  一般使用MBR中的grub2，應用grub2載入檔案系統，grub2能提供一個使用者選單，命令列介面互動操作。

（4）、裝載載入程式的配置檔案：/etc/grub.d /etc/default/grub /boot/grub2/grub.cfg

（5）、載入initramfs驅動模組

（6）、載入核心kernel ----------------核心核心檔案放在【基本分割槽】上

  對核心進行初始化，載入硬體的驅動程式。

（7）、核心以只讀方式掛載rootfs，啟動systemd程式。

（8）、執行initrd.*.target所有的unit，包括掛載/etc/fstab所有有效的檔案系統

（9）、根切換

（10）、systemd執行預設的target

6、centos7基礎

 centos7的init程式採用systemd風格，systemctl命令，使用相容以前的版本，所以也可以使用service類的命令。

Systemd具有許多centos6裡面沒有的四個特點：(1)、並行開啟，即在系統引導的時候可以實現服務的並行開啟；(2)、按需啟用，即能夠實現按需啟用程式，即在系統啟動時，需要隨系統啟動服務，其服務程式並沒有啟動，但是Ststemd為每一個此類服務程式都註冊了套接字，我們稱這種服務處理方式為“半啟用狀態”。(3)、快照功能，即能夠對當前系統的使用者空間的每個程式進行狀態快照，以後如果程式出現問題或故障，可以迅速恢復程式狀態至過去的某一時候。(4)、服務控制邏輯，systemd內部有一種基於基於依賴關係來定義的服務控制邏輯。

  # systemctl {start|stop|restart|status} name[.service] ----------管理服務

  # systemctl set-default {multi-user.target | graphical.target} ----------設定執行級別

  # systemctl get-default  -----------設定預設執行級別

  # systemctl set-default muti-user.target  ------改回命令列介面

 centos7採用unit檔案進行核心管理，由Systemd相關的配置檔案進行各種標識、識別、和配置功能的實現。unit檔案分為    系統服務類、socket、目標類、快照類等幾類。這些配置檔案主要儲存在以下三個檔案中：

    /etc/lib/systemd/system/*

    /etc/systemd/system/* ---------符號連結

    /run/systemd/system/* ---------非配置關鍵項

 unit常見的8種型別如下：

    Service unit：副檔名為.service ----------用於定義系統服務，可省

    Target unit：副檔名為.target ------------init程式的執行級別

    Decvice unit：副檔名為.device --------核心識別的裝置

    Mount unit：副檔名為.mount ------------systemd管理的檔案系統的掛載點

    automount unit：副檔名為.automount --------------掛載點的位置

    Socket：副檔名為.socket -------------標識程式間通訊的socket檔案

    Swap unit：副檔名為.swap ------------標識swap裝置

    Path unit：副檔名為.path ------------監控指定目錄中的一個檔案或一個子目錄，沒有則自動建立。

 target unit模擬6中的執行級別：

    級別0：runlevel0.target,poweroff.target

    級別1：runlevel1.target,rescue.target

    級別2：runlevel2.target,multi-user.target:

    級別3：runlevel3.target,multi-user.target

    級別4：runlevel4.target,multi-user.target

 systemd的四種實現方式如下：

    (1)、基於socket unit的方式實現程式啟用機制

    (2)、基於device unit的方式實現裝置的自動識別，掛載

    (3)、基於bus的啟用機制

    (4)、基於path的啟用機制

 

 如果自行編寫unit file，可以直接將檔案放置於/etc/systemd/syetem目錄中，也可以將其放在/usr/lib/systemd/system/目錄中。unit file通常分為三段，分別為 [Unit]、[Service]、[Install]，各部分解釋如下：

    (1)、[Unit]：定義域Unit型別無關的通用選項。

    常用的選項語句：

      Description ------相關服務描述

      After -------服務啟動前依賴的內容

      before ------------依賴此服務啟動的服務

      Wants --------指明依賴關係

      Requires -----------指明依賴關係

      Conflict -----------各unit之間可能存在的衝突

      Documentation ---------------管理命令的文件所在位置

    (2)、[Service]：定義與系統服務相關的專用的選項語句。

    常用的選項語句：

      Type ----------定義影響ExecStart及相關引數的功能：simple、forking、oneshot、notify

      EnvironmentFile ------------------環境配置檔案

      ExecStart ----------啟動此服務所需要執行的命令或指令碼

      ExecReload -------------指明過載配置檔案所需要執行的命令或指令碼

      ExecStop --------------指明停止此服務所需要執行的命令或指令碼

      ExecStartPre -----------指明啟動ExecStart所指明的命令【之前】所需要執行的命令或指令碼

      ExecStartPost -----------指明啟動ExecStart所指明的命令【之後】所需要執行的命令或指令碼

      Restart ------------表示如果服務遇到意外而終止，則會自動重啟該服務

    (3)、[Install]：服務啟動或禁用時用到的專用選項語句

      WantedBy ------弱依賴關係

      RequiredBy ---------強依賴關係 

systemctl命令 ---------------控制系統和服務管理

 以下是centos6和centos7實現相同功能，所使用的不同的命令列，及其區別：

 (1)、啟動：

    centos6：service NAME start 

    centos7：systemctl start NMAE[.service]

 (2)、停止：

    centos6：service NAME stop

    centos7：systemctl stop NMAE[.service]

 (3)、重啟：

    centos6：service NAME restart

    centos7：systemctl restart NMAE[.service]

 (4)、狀態：

    centos6：service NAME status

    centos7：systemctl status NMAE[.service]

 (5)、服務開機自啟：

    centos6：chkconfig --level runlevels NAME on

    centos7：systemctl enable NAME.service

 (6)、禁止服務的開機自啟：

    centos6：chkconfig --level runlevels NAME off

    centos7：systemctl disable NAME.service

 (7)、檢視是否開機自啟：

    centos6：chkconfig --list NAME

    centos7：systemctl is-enabled NAME.service

 (8)、條件式重啟：

    centos6：service NAME condrestart

    centos7：systemctl try-restart NAME.service

 (9)、過載或重啟：

    systemctl reload-or-restart NAME.service

 (10)、過載或條件式重啟：

    systemctl reload-or-try-restart NAME.service

 (11)、檢視是否啟用

    systemctl is-active NAME.service

 (12)、檢視所有啟用：

    systemctl list-units 

    systemctl list-units --type=NUIT_TYPE：檢視指定unit型別的處於活躍狀態的服務

    systemctl list-units --all：顯示所有包括處於活躍狀態和處於非活躍狀態的各服務

 (13)、檢視服務的依賴關係：

    systemctl list-dependencies NAME.service

 (14)、禁止開機自啟：

    systemctl mask NAME.service

 (15)、取消禁止的開機自啟：

    systemctl unmask NAME.service、

 (16)、執行級別之間的切換：

    centos6：init # 

    centos7：systemctl isolate NAME.target

 (17)、檢視執行級別：

    centos6：runlevel :

    centos7：systemctl list-units --type=target --all

             systemctl get-default

 (18)、修改預設執行級別：

    systemctl set-default NAME.target

  # systemctl halt，systemctl poweroff ------關機

  # systemctl reboot ------重啟

  # systemctl suspend ------掛起

  # systemctl hibernate --------休眠

  # systemctl hybrid-sleep ----------掛起並休眠