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[操作系统]CentOS 6的系统启动流程


一、POST加电自检

    按下电源后ROM芯片中的CMOS程序执行并检测CPU、内存等设备是否存在并正常运行,CMOS中的程序叫BIOS,可以设置硬盘接口,网卡声卡开关之类的简单设置。一般PC机主板上有一个纽扣电池,这个电池就是给ROM供电的,可以保证主板断电后BIOS的一些基本设置不会重置。

    下面是一个比较新的主板的BIOS,在老主板上一般只有英文不会有中文界面,老式主板只支持键盘操作不支持鼠标,现在很多新主板已经可以支持鼠标操作了。

二、引导加载次序Boot Sequence

    在系统启动前计算机是不知道你系统在哪里的,需要按照设备启动顺序一次查找引导加载器器bootloader,这个查找次序可以自己在BIOS中设定,一般在boot选项中设置,【注意】不同厂商不同版本的主板设置方法是不同的,请以厂商的官方说明为准。

三、引导加载器bootloader

    前面说了系计算机是不知道系统在哪里的,所以需要程序进行引导,这个引导的程序就叫bootloader,不同操作系统的bootloader是不同的,windows使用的bootloader程序是ntloader,只能对windows进行引导不能对其他系统进行引导,而Linux的bootloader叫GRUB,可以对其他操作系统进行引导(包括windows),正是因为这样,所以在装既有Windows又有Linux的双系统的时候,需要先装Windows,再装Linux

功能:提供一个菜单,允许用户选择要启动系统或不同的内核版本;把用户选定的内核装载到内存中的特定空间中,解压、展开,并把系统控制权移交给内核。

 bootloader的引导程序GRUB放在MBR中。

四、引导加载器程序GRUB

    1、grub legacy

    前面提到GRUB是bootloader阶段的一个程序,这是Centos中最常用的引导程序,CentOS 6安装的是grub legacy

    下面是CentOS 6的grub legacy

 

按e:进入编辑模式,用于编辑菜单;

 然后按c: 进入命令模式,交互式接口;

常用的命令有

#help: 获取帮助列表
#help KEYWORD: 详细帮助信息
#find (hd#,#)/PATH/TO/SOMEFILE:
#root (hd#,#)设定grub的根设备
#kernel /PATH/TO/KERNEL_FILE: 设定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/INITRAMFS_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;

CentOS 6中grub的配置文件保存在/boot/grub/grub.conf中

vim grub.conf
 
# grub.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE:  You have a /boot partition.  This means that
#          all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
#          root (hd0,0)
#          kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/mapper/VolGroup-lv_root
#          initrd /initrd-[generic-]version.img
#boot=/dev/sda
default=0
timeout=5
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64)
        root (hd0,0)
        kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=/dev/mapper/VolGroup-lv_root rd_NO_LUKS rd_NO_MD rd_LVM_LV=VolGroup/lv_swap crashkernel=auto LANG=zh_CN.UTF-8 rd_LVM_LV=VolGroup/lv_root  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
        initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img

  其中常用的配置

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

 

  2、GRUB2

 CentOS 7上安装的是gurb2

[root@localhost ~]# rpm -q grub2
grub2-2.02-0.34.el7.centos.x86_64
下面是centos7的GRUB,如果什么都不选,在3秒后系统会进入默认设置的那一项系统。

按e进入GRUB编辑

按ctrl+c进入命令行模式

常用的命令行命令有下面这些:

1. help
    查看命令用法,显示所有可用命令
    help search 
    search 命令用法
2. ls
    列出当前的所有设备。如 (hd0) (hd0,1) (hd0,5) (hd1) (hd1,1) (hd1,2) .......
    ls -l
    详细列出当前的所有设备。对于分区,会显示其label及uuid。
    ls /
    列出当前设为root的分区下的文件
    ls (hd1,1)/
    列出(hd1,1)分区下文件
3. search
    search -f /ntldr
    列出根目录里包含ntldr文件的分区,返回为分区号
    search -l LINUX
    搜索label是LINUX的分区。
    search --set -f /ntldr
    搜索根目录包含ntldr文件的分区并设为root,注意如果多外分区含有ntldr文件,set 失去作用
4. loopback
    loopback命令可用于建立回放设备,如
    loopback lo0 (hd1,1)/abc.iso
    可以使用lo0设备来访问abc.iso里的内容,比如说,可以从abc.iso里的软盘映像中启动
    loopback lo0 (hd1,1)/aa.iso
    linux (lo0)/memdisk
    initrd (lo0)/abc.img
    要删除某一回放设备,可以使用-d参数:
    loopback -d lo0
5. set
    使用set可以设置变量的值
    set root=
    set timeout=
    需要调用变量的值时,使用${AA},如set root=(hd1,1)
    则${root}=(hd1,1)
6. pager
    分页显示。
    set pager=1
    满页时暂停,按space继续
    set pager=0
    取消分页
7. linux
    linux取代grub中的kernel

 CentOS 7的/boot/grub2/grub.conf官方建议是不要随便修改的,一般都是在grub.d文件下生成新的启动目录,再重新生成

默认启动的修改可通过/boot/grub2/grubenv文件修改

[root@localhost grub2]# vim grubenv 
 
# GRUB Environment Block
saved_entry=CentOS Linux (3.10.0-327.el7.x86_64) 7 (Core)
#########################################################
可以进入/etc/grub.d下查看
[root@localhost grub.d]# ls
00_header  01_users  20_linux_xen     30_os-prober  41_custom
00_tuned   10_linux  20_ppc_terminfo  40_custom     README
进入README可以查看grub.d中文件的说明
[root@localhost grub.d]# cat README 
 
All executable files in this directory are processed in shell expansion order.
 
  00_*: Reserved for 00_header.
  10_*: Native boot entries.
  20_*: Third party apps (e.g. memtest86+).
 
The number namespace in-between is configurable by system installer and/or
administrator.  For example, you can add an entry to boot another OS as
01_otheros, 11_otheros, etc, depending on the position you want it to occupy in
the menu; and then adjust the default setting via /etc/default/grub.
#00 _ *:为00 _header保留
#10 _ *:本机引导条目
#20 _ *:第三方应用程序(例如memtest86)

五、进入kernel

    在GRUB中选择对应的kernel进入,然后kernel会对自身进行初始化

    探测可识别到的所有硬件设备。

    加载硬件驱动程序。

    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,在CentOS 6上是init,在CentOS 7上是Systemd

    内核组成部分:

        kernel: 内核核心,一般为bzImage,通常在/boot目录下,名称为vmlinuz-VERSION-RELEASE;

        kernel object: 内核对象,一般放置于/lib/modules/VERSION-RELEASE/

六、运行init

    CentOS 6上init所在的位置是在/sbin/init,init共分为7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
例如你要关机可直接输入init 0进行关机操作
[root@localhost sbin]# init 0
如果要查看当前系统运行的init级别可使用runlevel或者who -r
[root@localhost sbin]# runlevel 
N 5
[root@localhost sbin]# who -r
         运行级别 5 2016-04-10 18:25
init的配置文件在/etc/inittab
[root@localhost sbin]# vim /etc/inittab 
 
# inittab is only used by upstart for the default runlevel.
#
# ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# System initialization is started by /etc/init/rcS.conf
#
# Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf
#
# Terminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,
# with configuration in /etc/sysconfig/init.
#
# For information on how to write upstart event handlers, or how
# upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).
#
# Default runlevel. The runlevels used are:
#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
#   1 - Single user mode
#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)

id:5:initdefault:
#这里定义的默认运行级别为5

 配置文件中的格式是:id:runlevel:action:process

    此配置文件每行定义一个级别

id:指入口标识符,它是一个字符串,对于getty或mingetty等其他login程序项,要求idtty的编号相同,否则getty程序将不能正常工作。
runlevel:init的系统运行级别
action:是用来定义后面process的运行方式,常用的有下面几种
        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
process:为具体的执行程序,

 例如设置为l0:5:wait:/etc/rc.d/rc 5

    /etc/rc.d/rc是一个Shell脚本,它接受5作为参数,去执行/etc /rc.d/rc5.d/目录下的所有的rc启动脚本,/etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本实际上都是一些链接文件,而不是真正的rc 启动脚本,真正的rc启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。而这些rc启动脚本有着类似的用法,它们一般能接受start、stop、restart、status等参数。

    /etc/rc.d/rc5.d/中的rc启动脚本通常是K或S开头的链接文件。

#K开头的文件:运行次序是数字越小,越先运行;数字越小的服务,通常为依赖到别的服务;关闭服务。
#S开头的文件:运行次序是数字越小,越先运行;数字越小的服务,通常为被依赖到的服务;启动服务。
[root@localhost rc5.d]# pwd
/etc/rc.d/rc5.d

七、运行系统初始化脚本

    系统初始化脚本对应的文件是/etc/rc.d/rc.sysinit

    大概就是这个样子,因为太长,省略了很多

八、启动系统服务

    centos6下的系统服务脚本都放在/etc/rc.d/init.d或者/etc/init.d中,可以看到两个文件中的内容是一样的,因为/etc/init.d链接到了/etc/rc.d/init.d中

通过chkconfig命令可以查看什么系统级别下开启了哪些服务,以及添加服务到系统中并在指定级别下启动

    查看chkconfig --list

添加chkconfig --add 服务名,在添加的时候需要将对应的服务放入/etc/init.d中,并在服务脚本中加入chkconfig: LLLL nn nn

    写到LLLL的init级别就是S的,没写得就是K的,第一个nn代表S的数字,第二个nn代表K的数字

[root@localhost init.d]# chkconfig --add httpd

删除chkconfig --del 服务名

[root@localhost init.d]# chkconfig --del httpd

【注意】:正常级别下,最后启动一个服务S99local没有链接至/etc/rc.d/init.d一个服务脚本,而是指向了/etc/rc.d/rc.local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,可直接放置于/etc/rc.d/rc.local文件中。

九、打印登录提示符

    系统在启动完服务后会打印登录提示符,然后输入账号密码,进入对应的命令行界面或图形界面。

十、总结

    系统的启动流程总的来说分成以下几个步骤:

    1、加电自检

    2、按照BIOS中设置的Boot Sequence查找有bootloader程序的设备

    3、加载MBR中的bootloader程序GRUB

    4、进入GRUB设置的默认kernel

    5、kernel初始化

    6、运行init程序

    7、运行系统初始化脚本

    8、启动对应服务

    9、打印登录提示符

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