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linux菜鸟入门之系统启动流程

发表于: 2016-10-10   作者:Ghost_leader   来源:转载   浏览:
摘要: 1.启动过程POST加电自检BIOS以普通的操作系统为例。cpu要执行指令需要从内存中取,而刚开机的时候,内存里什么都没有,所以刚开机的时候。必须将某个的特定的硬件中的指令加入内存中。刚开机时将ROM中的指令映射到RAM的低地址空间。这下,CPU就可以读取到这些指令。CPU会先对硬件的健康状况进行检查。BIOS(BootSequence),决定了会找操作系统的启动顺序(可以光盘,硬盘)。MBR硬盘

1.启动过程

POST

加电自检

BIOS

以普通的操作系统为例。cpu 要执行指令需要从内存中取,而刚开机的时候,内存里什么都没有,所以刚开机的时候。必须将某个的特定的硬件中的指令加入内存中。刚开机时将ROM中的指令映射到RAM的低地址空间。这下,CPU就可以读取到这些指令。CPU会先对硬件的健康状况进行检查。

BIOS(Boot Sequence),决定了会找操作系统的启动顺序(可以光盘,硬盘)。


MBR

硬盘的格式。MBR中有一段程序(bootload,占446字节)。这段程序会根据MBR中的分区表查找活动分区。找到操作系统的所在的分区,并加载操作系统的内核。bootload若损坏就无法启动操作系统了,他不会再返回去找第二个启动地方。当bootload获得控制权,就没BIOS什么事了。


Kernel

内核取得整个系统的控制权,bootload退出,内存完成解压缩后会探测每个硬件。访问根所在的分区。
文件系统,进程管理,内存管理,网络管理,安全功能,驱动程序。

启动systemd原始进程(CentOS7 ,7以前是init进程)

systemd是用户空间的进程。

在一块磁盘上, 前446bytes是主引导分区,接下来的64bytes是分区表(正因为分区表只有64bytes,所以主分区最多只有4个,当然还可以有扩展分区和逻辑分区。)
bootloader有提供菜单,载入内核文件,转交其他的loader的功能(正因如此才可以双系统)。引导加载程序除了放在MBR中还可以放在每个分区的引导扇区里。
假设一块硬盘其中第一,二分区分别安装了windows和linux。假设MBR可以同时识别两个操作系统的引导加载程序。
就会发现MBR提供了2个菜单。
linux菜鸟入门之系统启动流程_第1张图片

2.文件系统

分区要挂载文件系统,文件系统的最高级/。下面还有/etc   /boot    /home
/    根文件系统。


3.kernel

文件系统,进程管理,内存管理,网络管理,安全功能,驱动程序。

单内核:把所有功能都放一个系统中      如:linux(把线程叫做LWP。轻量级进程)
linux为了支持不同的CPU、硬盘。所以很庞大。
微内核:将外围作为子系统                    如:windows,Solaris(支持多线程)        


RedHat,Suse,CentOS 为了支持不同平台,核心动态加载 内核模块
核心:(ko kernel object)
内核: /lib/modules/“内核版本号命名的目录”/“做成模块的文件系统,驱动程序。。。。”
vmlinuz-2.6.32
[root@localhost wjx]# cd /lib/mod
modprobe.d/     modules/        modules-load.d/ 
[root@localhost wjx]# cd /lib/modules
[root@localhost modules]# ls
3.10.0-327.36.1.el7.x86_64  3.10.0-327.el7.x86_64

里面有很多关于解决依赖性(dep)的文件,map是映射表 
[root@localhost net]# ls ./../..
build              modules.builtin      modules.modesetting  source
extra              modules.builtin.bin  modules.networking   updates
kernel             modules.dep          modules.order        vdso
modules.alias      modules.dep.bin      modules.softdep      weak-updates
modules.alias.bin  modules.devname      modules.symbols
modules.block      modules.drm          modules.symbols.bin

这里有一个kernel的目录,进入。。。
[root@localhost kernel]# ls
arch  crypto  drivers  fs  kernel  lib  mm  net  sound

arch :和平台相关,cpu。
crypto:加密相关。
drivers:驱动
fs:文件系统
kernel:内核相关
lib:库
mm:内存管理
net:网络(tcp/ip协议栈)
sound:声

[root@localhost net]# ls
802        bridge  dns_resolver  key       mac802154    packet  sunrpc     xfrm
8021q      ceph    ieee802154    l2tp      netfilter    rfkill  unix
atm        core    ipv4          llc       netlink      sched   vmw_vsock
bluetooth  dccp    ipv6          mac80211  openvswitch  sctp    wireless


这里什么都有以适应各个平台,各种硬件设备。所以这个/lib/modules 很庞大
自己电脑的操作系统都用的什么内核在/boot/vmlinuz-* ,我的是第二个。
[root@localhost modules]# ls
3.10.0-327.36.1.el7.x86_64  3.10.0-327.el7.x86_64
[root@localhost modules]# ll /boot/vmlinuz-*
-rwxr-xr-x. 1 root root 5156528 Sep 20 22:29 /boot/vmlinuz-0-rescue-6096c81e6fcc48c0a0fe9e5fba473a43
-rwxr-xr-x. 1 root root 5157296 Sep 18 21:14 /boot/vmlinuz-3.10.0-327.36.1.el7.x86_64
-rwxr-xr-x. 1 root root 5156528 Nov 20  2015 /boot/vmlinuz-3.10.0-327.el7.x86_64

内核所需要的模块在/lib/modules中,但想要进/lib/modules必须先进/,但进/必须要先加载/lib/modules这就是鸡生蛋。蛋生鸡的问题了。就加一个中间人。虚根。将临时的/proc./sys./dev搬到




4.init(CentOS7是systemd)

以CentOS6为例,其有7个运行级别。
0: 关机
6:级别
1:单用户模式(single user mode)类似于windows的安全模式,直接以管理员身份切入。不需要密码。(维护模式,可以进去改root密码)
2:多用户模式(multi user mode)可以上网,不挂载NFS
3:正常多用户模式(multi user mode)只是文本,无图形界面。我们就经常使用这个
4:保留级别(reseved) 
5:正常多用户模式      。这里有图形界面


centos6 可以修改自己的默认运行级别。而7就没有了,但是7还是保留这个文件。因为我对systemd不太了解。所以就以6为例子说了,先看一下7的inittable文件。
# inittab is no longer used when using systemd.
#
# ADDING CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /usr/lib/systemd/system/ctrl-alt-del.target
#
# systemd uses 'targets' instead of runlevels. By default, there are two main targets:
#
# multi-user.target: analogous to runlevel 3
# graphical.target: analogous to runlevel 5
#
# To view current default target, run:
# systemctl get-default
#
# To set a default target, run:
# systemctl set-default TARGET.target

Centos7在这里写的很清楚。当使用systemd的时候。inittable就不在用了。在这里添加配置将不会影响你的系统。7改成了使用目标。而不是用运行级别。以multi-user.target代替运行级别3。graphical.target代表运行级别5  。这里还讲了在systemd下的查看和更改默认运行级别的方法。


5.详细启动过程

bootloader(MBR)选择启动哪个系统。微软只引导自己,先装linux,再装win的话,win会覆盖MBR。win8更邪恶,还会锁定MBR,装win8的话会锁死MBR,就是不能装linux了。

LILO:Linux Loader  (但不支持大硬盘,8g就不行,一般是嵌入式)

grub:grand unified bootloader (需要装在bootloader上来引导操作系统,因为bootloader太小了所以分3部分)
stage1:MBR
stage1.5:来识别不同的文件系统
stage2:/boot/grub/

(由于Centos7与centos6的不同,centos6里面是在 /boot/grub/中看到有1.5有2,是文件系统,而7中,在/boot/grub2 中  i386-pc中有很多mod文件。如ntfs.mod)
linux菜鸟入门之系统启动流程_第2张图片

在/boot/grub2/grub.cfg中可以看到启动哪些操作系统
menuentry 'CentOS Linux (0-rescue-6096c81e6fcc48c0a0fe9e5fba473a43) 7 (Core)' --class centos --class gnu-linux --class gnu --class os --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinux-0-rescue-6096c81e6fcc48c0a0fe9e5fba473a43-advanced-f35003eb-898a-4681-8342-f8f6de03e541' {
        load_video
        insmod gzio
        insmod part_msdos
        insmod xfs 
        set root='hd0,msdos1'
        if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then

xfs 文件系统。 不知道gzio是不是启动背景图片。。。
set root='hd0,msdos1'    这句话说的是内核所在的设备。对grub而言。所有硬盘都是hd。格式为(hd#,N);hd#,#代表的是第几个磁盘。最后的N表示对应磁盘的分区。
在centos7 里面有个/boot/grub/下有个splash.xpm.gz 我猜这个文件是系统启动时的背景图片。图片类型是xpm的,用gzip压缩过。我试着用convert -resize 640x480 -colors 14 picture.png splash.xpm。再压缩了一下,然后放在这个目录下,没成功!我觉得我应该没猜错,我用od -c 打开过原先的图片,里面全是些点。

grub

在开机的时候可以进入编辑模式 e去编辑。a去修改内核参数。c命令行界面。下面是CentOS7的编辑界面。
linux菜鸟入门之系统启动流程_第3张图片

按e进入编辑后,还e去继续编辑。编辑完可以按b去boot,这下进去后是以单用户模式进去。(Centos6)然后可以修改root密码。
亦可以给grub加密码。还是在/boot/grub2/grub.cfg中加密码, 可以加明文,亦可以加加密后的密码。

在CentOS7里面,将光标下移找到其中一个叫rhgb quiet的一个单词(在下图的倒数第二段),将其删掉并制定一个shell。在后面加上init=/bin/bash  。.完了之后按Ctrl+x
linux菜鸟入门之系统启动流程_第4张图片

这里面还能看到一些initrd,这就是虚拟文件系统,进去看一下。
在前面的菜鸟入门归档里已经说了img是cpio归档的。
[root@localhost mnt]# !cpio
cpio -ivcdu < initramfs-3.10.0-327.36.1.el7.x86_64.img 
.
kernel
kernel/x86
kernel/x86/microcode
kernel/x86/microcode/GenuineIntel.bin
early_cpio


发现里面就是些这东西


这就进入了单用户模式,可以用passwd将root的密码改掉。linux菜鸟入门之系统启动流程_第5张图片
在我改完密码后发现。只能使用一些简单的命令,向ls,passwd等,像shutdown,reboot就不能使用。



查看内核的版本号 uname -r,查看运行级别 who -r
[root@localhost mnt]# uname -r
3.10.0-327.36.1.el7.x86_64
[root@localhost mnt]# who -r
         运行级别 5 2016-10-11 16:22
[root@localhost mnt]# systemctl get-default 
graphical.target
[root@localhost mnt]# 

MBR坏了怎么办呢?


那么如果MBR坏了怎么办。下面我故意破坏掉bootloader来演示一下。
首先看一下分区表。
[root@localhost ~]# fdisk -l

Disk /dev/sda: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x00079f53

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048      616447      307200   83  Linux
/dev/sda2          616448     4810751     2097152   82  Linux swap / Solaris
/dev/sda3         4810752    41943039    18566144   83  Linux
这下可以看出boot在sda的1分区里。由于知道MBR在前446B中,所以我们可以删除它
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sda count=1 bs=400
1+0 records in
1+0 records out
400 bytes (400 B) copied, 0.000658637 s, 607 kB/s
[root@localhost ~]# sync              #同步到磁盘
这下就会重启不了 。但可以用命令去修复。或者在紧急模式里去修复。
鄙人对CentOS7 的命令行修复不会。。。。 这能在在网上按教程进入紧急模式去修复。
重启后会发现Centos7 起不来了,进入 troubleshooting中再选择rescue CentOS system。
linux菜鸟入门之系统启动流程_第6张图片
选第一个continue。

这下系统就进入到救援模式下了。再输入一下命令。
linux菜鸟入门之系统启动流程_第7张图片


然后就可以正常重启了。这下MBR就修复好了,但有点慢。

安装grub2-install这个命令  grub2-install --root-directory=/mnt/sysimage  /dev/sda     /打算把grub放在哪个分区上。





kernel初始化过程:(CentOS6)

1.设备初始化
2.驱动初始化(从initramfs文件里装载驱动模块)
3.以只读方式挂载根文件系统:
4.装载第一个进程init(PID:1)



/sbin/init: (/etc/inittab)
upstart:  (ubuntu团队)d-bus
systemd:并行启动服务。CentOS7就用的这个

id:runlevel:action:process

id:标示符
runlevels:在哪个下面运行
action:在什么情况下运行
process:要运行的程序

ACTION:
initdefault:设定默认运行级别
sysinit:系统初始化
wait:等级级别切换至此级别时执行
respawn:一旦程序终止,会重新启动

/etc/rc.d/rc.sysinit完成的任务
1、激活udev和selinux
2、根据/etc/sysctl.conf文件,来设定内核参数
3、设定适中始终;
4、装载键盘映射
5、启用交换目录
6、设置主机名
7、根文件系统检测
8、激活RAID和LVM
9、启用磁盘配额
10、根据/etc/fstab,检查并挂载其他文件系统
11、清理过期的锁和PID文件:

CentOS7的rc.d
[root@localhost rc3.d]# ls
K50netconsole  S10network
[root@localhost rc3.d]# ll
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Sep 20 22:05 K50netconsole -> ../init.d/netconsole
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Sep 20 22:05 S10network -> ../init.d/network

将以K开头的网络文件关闭,将S开头的网络文件开启









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Linux系统启动的标准流程 原文链接:http://www.kerneltravel.net/journal/i/04.htm 系统的启动是指
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