CentOS系統啟動流程你懂否

一、Linux核心的組成

相關概念：

Linux系統的組成部分：核心+根檔案系統

核心：程序管理、記憶體管理、網絡協定棧、檔案系統、驅動程式。

IPC(Inter-Process Communication程序間通信):就是指多個程序之間互相通信，交換資訊的方法。Linux IPC基本上都是從Unix平台上繼承而來的。主要包括最初的Unix IPC，System V IPC以及基于Socket的IPC。另外，Linux也支援POSIX IPC。

運作中的系統環境可分為兩層：核心空間、使用者空間；

核心空間：核心代碼（系統調用）

使用者空間：應用程式（程序或線程）

核心設計流派：

單核心設計：把所有的功能內建于同一個程式；（Linux）

微核心設計：每種功能都使用一個單獨的子系統實作；（Windows solarls）

Linux核心特點：

（1）支援子產品化：.KO（kernel object）

（2）支援子產品運動時動态裝載或解除安裝

組成部分：

核心檔案：/boot/Vmliuz-VERSION-release

ramdirk:

CentOS5:/boot/initrd-VERSION-release.img

CentOS6,7:/boot/initramfs-VERSION-release.img

二、CentOS系統啟動流程

總體啟動順序：

POST(加點自檢)-->Boot Sequence(BIOS:基本輸入輸出系統)-->Boot Loader(MBR:主引導記錄)-->Kernel(ramdisk)-->rootfs(根檔案系統)-->switchchroot-->/sbin/init/(/etc/inittab /etc/init/*.conf)-->設定運作級别-->系統初始化腳本-->關閉啟動相應服務-->啟動終端

總流程圖：

各流程細化說明：

1、POST加電自檢

主要是檢測硬體設别是否能正常的運作，然而實作自檢功能主要是由鑲嵌在主機闆晶片(CMOS)上的BIOS(basic input output system)程式，檢測沒問題之後進行硬體裝置的初始化。

2、Boot Sequence(啟動管理程式):選擇啟動順序加載MBR

Boot Sequence是一個程式，它依賴于某個硬碟硬體，準确的說是第一個硬碟扇區的MBR，進而按次序查找各引導裝置。

3、MBR引導，bootloader引導加載器，啟動程式

MBR(Master Boot Record)：此記錄在0磁道1扇區，總共為512位元組，前446位元組為bootloder，後64位元組為分區表資訊，主分區加上擴充分區不能大于四個，最後2個位元組為校驗資訊，為55AA。提供一個菜單，允許使用者選擇要啟動的系統或不同的核心版本；把使用者標明的核心裝載到RAM中的特定空間中，解壓、展開，而後把系統控制權移交給核心。

4、kernel核心實作

kernel自身初始化，實作功能，借助ramdisk探測可識别的程式，以自讀方式挂載根檔案系統，運作應用程式：/sbin/init

5、/sbin/init/管理使用者空間服務程序

設定運作級别，進行初始化腳本，關閉或啟動相應的程式，啟動終端。

GRUB（GRand Unified Bootloader）加載核心，就是MBR中的前 446 個位元組，是BooTLoader的一種，它的作用是要選擇要啟動的核心。

GRUB相關說明：

示範：

………………………………………………………………………………………………………………………

主要是由device.map，menulst，stage1,stage2,以及一系列的stage1_5組成。

device.map：存放的是核心檔案的根分區

menu.lis：為菜單清單，裡面為可選擇的菜單清單，存放于stage2中。

stage：用于grub引導程式過大，是以分2段引導，第一段存放在MBR中，第二段存放于核心檔案系統中，第一段引導完成後可以找到第二段。但是，第二段是存放于核心檔案系統中的，此時還沒有格式化檔案系統，如何可以通路到第二段的menu.lst，就需要借助于中間層 stage1_5，有它來協助 stage1 段來通路stage2階段。stage1_5通常位于stage1 字段後的 63 個扇區。由于stage2 在記憶體中存放可以使用的檔案系統不确定，是以這就是有多個stage1_5 的原因。

Grub Legacy：分三階段

stage1：存放在MBR上

stage1_5：存放在MBR之後的扇區，讓stage1中的bootloader能識别stage2所在的分區上的檔案系統；

stage2：磁盤分區（/boot/grub/）

引導加載程式先讀取MBR上的gurb第一階段，由于MBR很小隻有512位元組采用grub這種方式引導程式，随後讀取扇區中的stage1.5階段，讀取1.5階段以後進而就能驅動第二階段stage2所在的磁盤分區，stage2是存放在磁盤分區上的還包括了核心檔案及ramdisk等都在這個分區上存放的；這就是為什麼通過Bootloader之grub就能夠加載核心檔案的原因。

注意：目前硬體平台，主機闆BIOS必須能識别硬碟，然後BIOS才能加載硬碟中的Bootloader，磁盤中的Bootloader自身加載完以後，就能夠識别目前主機上的硬碟裝置了。

但硬碟裝置能識别，并不代表硬碟上的檔案系統能識别，因為檔案系統是額外附加的一層軟體組織的檔案結構，是以要能夠對接一種檔案系統，必須要用到檔案系統驅動；對應的應用程式必須能識别和了解這樣的檔案系統才可以，這種程式就稱為檔案系統驅動；grub的1.5階段就是給gurb提供了檔案系統驅動的，進而就能夠通路對應的第二階段和核心所在的分區了，這通常是一個基本磁盤分區；是以grub第二階段以及核心和ramdisk檔案通常都會放在一個基本磁盤分區上；因為grub驅動不了邏輯卷這種進階接口。

stage2一般是挂載至/boot/grub/目錄下；grub也有自己的配置檔案：/boot/grub/grub.conf且通常有個符号連結檔案：/etc/grub.conf；

stage2的功用：

（1）提供菜單或互動式接口；

（2）能加載使用者選擇的核心或作業系統；

（3）為菜單通過了保護機制。

/boot/grub/grub.conf配置檔案詳解：

<code>[root@centos6 grub]</code><code># ll /etc/grub.conf #/etc/grub.conf /boot/grub/grub.conf為連接配接檔案</code>

<code>lrwxrwxrwx. 1 root root 22 8月 11 03:29 </code><code>/etc/grub</code><code>.conf -> ..</code><code>/boot/grub/grub</code><code>.conf</code>

<code>[root@centos6 grub]</code><code># cat /boot/grub/grub.conf</code>

<code># grub.conf generated by anaconda</code>

<code># Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file</code>

<code># NOTICE: You have a /boot partition. This means that</code>

<code># all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.</code>

<code># kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda2</code>

<code># initrd /initrd-[generic-]version.img</code>

<code>default=0 </code><code>#設定預設啟動菜單項，預設為0開始</code>

<code>timeout=5 </code><code>#指定菜單等待選擇的時長 </code>

<code>splashimage=(hd0,0)</code><code>/grub/splash</code><code>.xpm.gz </code><code>#指定菜單的背景圖檔的路徑，為xpm格式，采用gzip壓縮</code>

<code>hiddenmenu </code><code>#是否影藏菜單</code>

<code>password [--md5] $1$JO0kw$z.qtBMH.KL4A6qZ7dK4N30 </code><code>#菜單編輯認證</code>

<code>title CentOS 6 (2.6.32-642.el6.x86_64) </code><code>#定義菜單項</code>

<code>root (hd0,0) </code><code>#本次grub查找stage2及其kernel檔案所在裝置分區，指定grub的根</code>

<code>kernel </code><code>/vmlinuz-2</code><code>.6.32-642.el6.x86_64 ro root=UUID=240533cf-b37f-4460-974f-702bab867da5 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 </code><code>#需要啟動的核心 </code>

<code>initrd </code><code>/initramfs-2</code><code>.6.32-642.el6.x86_64.img </code><code>#核心比對的ramfs檔案 </code>

<code>password [--md5] STRING </code><code>#啟動核心標明的核心或作業系統是進行的認證 </code>

<code>[root@centos6 grub]</code><code>#</code>

進入單使用者模式：

1）編輯grub菜單，標明要編輯的title，而後使用e指令

2）在標明的kernel後附加1 ，s 或single

3）在kernel所在的行，鍵入b鍵

啟動時按e鍵：

上下選擇到kernel後按e編輯輸入1或s、S、single,再次按b鍵重新開機

6、根切換

在挂載根檔案系統時為了避免核心中有bug或操作過程中有bug導緻根檔案系統被損壞，先隻讀挂載根檔案系統，加載完成後才讀寫挂載，完成整個挂載根檔案系統後，直接去找/sbin/init程式，即開始運作使用者空間的第一個程式。

使用者空間啟動流程

7、/sbin/init程式

init程式主要依賴于配置檔案：/etc/inittab，大體分為：設定預設啟動級别 --> 設定系統初始化腳本 --> 啟動對應級别的服務 --> 列印各終端登入界面（如果級别為3處理提供文本登入界面，如果級别為5還提供圖形登入界面）

8、設定預設運作級别

（1）運作級别：為了系統的運作或維護等目的而設定的機制；

0-6：共7個級别；

0：關機，shutdown

1：單使用者模式（single user），root使用者，無須認證，維護模式；

2：多使用者模式（multi user），會啟動網絡功能，但不會啟動NFS，維護模式；

3：多使用者模式（multi user），完全功能模式，文本界面；

4：預留級别：目前無特别使用目的，但習慣以同3級别功能使用；

5：多使用者模式（multi user），完全功能模式，圖形界面；

6：重新開機，reboot

圖示：

（2）配置檔案：/etc/inittab定義了很多功能，每一行定義一種操作（action）以及與之對應的process（僅适用于CentOS 5），一行就定義了init要執行的任務，甚至是一堆任務，每一行的文法格式為： id:runlevels:action:process

id為一個任務的辨別符；

runlevels：在哪些運作級别下啟動此任務；例：3，2345，也可為空表示所有級别；

action：在什麼條件下啟動此任務；

wait：等待切換至此任務所在的級别時執行一次（剛剛切換進來時）；

respawn：一旦此任務終止時，就自動重新開機；（如：登入終端執行logout登出後會再次啟動）

initdefault：設定預設允許級别；此時process省略為空；

sysinit：設定系統初始化方式，此處一般為指定/etc/rc.d/rc.sysinit腳本；（CentOS 5,6都用到此腳本，CentOS 7是靠systemd完成的），在CentOS 6中僅保留此配置檔案中設定啟動運作級别的功能。

process：具體任務；通常為應用程式，或腳本，或二進制的程式，取決于自定義。

9、系統初始化腳本

系統初始化腳本：/etc/rc.d/rc.sysinit

（1）設定主機名；

（2）設定歡迎資訊；

（3）激活udev和selinux；

（4）挂載/etc/fstab檔案中定義的所有檔案系統；

（5）檢測根檔案系統，并以讀寫方式重新挂載根檔案系統；（重新挂載是指根檔案檢測完之後）

（6）設定系統時鐘；

（7）根據/etc/sysctl.conf檔案來設定核心參數；

（8）激活lvm即軟raid裝置；

（9）激活swap裝置；

（10）加載額外裝置的驅動程式；（核心加載驅動隻加載根檔案系統的）

（11）清理操作；

注意：在init配置檔案：/etc/inittab中，有一行内容是定義/etc/rc.d/rc.sysinit，此腳本檔案是負責完成系統初始化的腳本檔案。

10、關閉/啟動對應級别下的服務

腳本檔案/etc/rc.d/rc作用為當級别切換時啟動或停止服務；此腳本接受傳遞的參數給腳本中$runlevel變量，然後，讀取/etc/rc$runlevel.d/K*和/etc/rc$runlevel.d/S*所有檔案，這些檔案就是為什麼開機啟動後，有些服務會自動啟動，有些服務沒有啟動的原因。

K*：要停止的服務，K##*，優先級，數字越小，越優先關閉，依賴的服務先關閉，然後再關閉被依賴的。

S*：要啟動的服務，S##*，優先級，數字越小，越是優先啟動，被依賴的服務先啟動，而依賴的服務後啟動。

/etc/rc.d/init.d目錄還有個連結目錄為/etc/init.d目錄，這兩目錄下檔案相同。

如上訴定義将會啟動3級别下的以S打頭的程序：

11、啟動終端（圖形終端）

作業系統啟動完成

三、系統啟動流程總結。

核心級别：

1.POST做開機啟動時候的硬體檢測功能

2.BootSequence(BIOS)啟動加載主引導分區MBR中的引導加載器程式BootLoader

在LInux現行的BootLoader是三段劃分(打破446位元組限制)的GRUB程式，

第1段寫在BootLoader中

第1.5段在其後扇區用于檔案系統的引導

第2段在boot/grub中提供内部接口和調用系統核心kernel

3.Kernel識别硬體、加載驅動、隻讀挂載根檔案系統、同時傳遞給使用者空間第一個程式/sbin/init

此處特别要注意，系統發行商為了适應多種硬體接口驅動調用，會在第一次安裝系統時候，自動識别硬體接口，并調用唯一驅動程式來生成ramdisk檔案，以記憶體當磁盤做虛根，驅動接口後會切換到真實的根檔案系統上

CentOS 5系列是initrd，當磁盤映像檔案會造成二次緩存緩沖

CentOS 6/7系列改進為initramfs，以檔案系統形式可以不二次占用緩存和緩沖

使用者空間級别

4./sbin/init接管後更具其配置檔案來初始化

5.根據/sbin/init中的配置會設定預設運作級别，以及一些在/etc/init.d/設定的開機服務

6./etc/rc.d/rc.sysinit運作系統初始化腳本，完成系統初始化

7.關閉對應級别下需要停止的服務，啟動對應級别下需要開啟的服務

8.設定登入終端

本文轉自chengong1013 51CTO部落格，原文連結：http://blog.51cto.com/purify/1843124，如需轉載請自行聯系原作者

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