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Linux 的啟動流程

Linux 的啟動流程

這個部分比較有意思。因為在bios階段,計算機的行為基本上被寫死了,程式員可以做的事情并不多;但是,一旦進入作業系統,程式員幾乎可以定制所有方面。是以,這個部分與程式員的關系更密切。

第一步、加載核心

作業系統接管硬體以後,首先讀入 /boot 目錄下的核心檔案。

Linux 的啟動流程

以我的電腦為例,/boot 目錄下面大概是這樣一些檔案:

  $ ls /boot config-3.2.0-3-amd64 config-3.2.0-4-amd64 grub initrd.img-3.2.0-3-amd64 initrd.img-3.2.0-4-amd64 system.map-3.2.0-3-amd64 system.map-3.2.0-4-amd64 vmlinuz-3.2.0-3-amd64 vmlinuz-3.2.0-4-amd64

第二步、啟動初始化程序

核心檔案加載以後,就開始運作第一個程式 /sbin/init,它的作用是初始化系統環境。

Linux 的啟動流程

由于init是第一個運作的程式,它的程序編号(pid)就是1。其他所有程序都從它衍生,都是它的子程序。

第三步、加載開機啟動程式

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下面是我的電腦的 /etc/init.d 目錄,裡面有很多程式。

$ ls /etc/init.d acpid alsa-utils anacron apache2 atd avahi-daemon binfmt-support ...

/etc/init.d 這個目錄名最後一個字母d,是directory的意思,表示這是一個目錄,用來與程式 /etc/init 區分。

第四步、運作級别

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linux預設提供七種運作級别(0-6)。一般來說,0是關機,1是單使用者模式(也就是維護模式),6是重新開機。其他級别每個發行版不太一樣,對于debian來說,2到5都是同樣的多使用者模式(也就是正常模式)。

打開檔案 /etc/inittab,可以看到第一行是這樣的:

  id:2:initdefault:

這就是說,啟動時的預設運作級别為2,使用者可以修改這個值。

init程序讀取 /etc/inittab 檔案,然後按照指定的"運作級别",加載相應的開機啟動程式。那麼,系統怎麼知道每個級别應該加載哪些程式呢?

回答是每個運作級别在 /etc 目錄下面都有一個對應的子目錄,裡面指定了要加載的程式。

  /etc/rc0.d /etc/rc1.d /etc/rc2.d /etc/rc3.d /etc/rc4.d /etc/rc5.d /etc/rc6.d

上面目錄名中的"rc",表示run command(運作程式),最後的d表示它們都是daemon(守護程序)。讓我們看看 /etc/rc2.d 目錄中到底指定了哪些程式。

  $ ls  /etc/rc2.d readme s01motd s13rpcbind s14nfs-common s16binfmt-support s16rsyslog s16sudo s17apache2 s18acpid

可以看到,除了第一個檔案readme以外,其他檔案都是"字母s+兩位數字+程式名"的形式。字母s表示start,也就是啟動的意思(啟動腳本 的運作參數為start),如果這個位置是字母k,就代表kill(關閉),即如果從其他運作級别切換過來,需要關閉的程式(啟動腳本的運作參數為 stop)。後面的兩位數字表示處理順序,數字越小越早處理,是以第一個啟動的程式是motd,然後是rpcbing、nfs......數字相同時,則 按照程式名的字母順序啟動。

第五步、使用者登入

開機啟動程式加載完畢以後,就要讓使用者登入了。

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一般來說,使用者的登入方式有三種:

  (1)指令行登入   (2)ssh登入   (3)圖形界面登入

這三種情況,都有自己的方式對使用者進行認證。

(1)指令行登入:init程序調用getty程式(意為get teletype),讓使用者輸入使用者名和密碼。輸入完成後,再調用login程式,核對密碼(debian還會再多運作一個身份核對程式/etc /pam.d/login)。如果密碼正确,就從檔案 /etc/passwd 讀取該使用者指定的shell,然後啟動這個shell。

(2)ssh登入:這時系統調用sshd程式(debian還會再運作/etc/pam.d/ssh ),取代getty和login,然後啟動shell。

(3)圖形界面登入:init程序調用顯示管理器,gnome圖形界面對應的顯示管理器為gdm(gnome display manager),然後使用者輸入使用者名和密碼。如果密碼正确,就讀取/etc/gdm3/xsession,啟動使用者的會話。

第六步、進入 login shell

所謂shell,簡單說就是指令行界面,讓使用者可以直接與作業系統對話。使用者登入時打開的shell,就叫做login shell。

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(1)指令行登入:首先讀入 /etc/profile,這是對所有使用者都有效的配置;然後依次尋找下面三個檔案,這是針對目前使用者的配置。

  ~/.bash_profile ~/.bash_login ~/.profile

需要注意的是,這三個檔案隻要有一個存在,就不再讀入後面的檔案了。比如,要是 ~/.bash_profile 存在,就不會再讀入後面兩個檔案了。

(2)ssh登入:與第一種情況完全相同。

(3)圖形界面登入:隻加載 /etc/prfile 和 ~/.profile。也就是說,~/.bash_profile 不管有沒有,都不會運作。

第七步,打開 non-login shell

老實說,上一步完成以後,linux的啟動過程就算結束了,使用者已經可以看到指令行提示符或者圖形界面了。但是,為了内容的完整,必須再介紹一下這一步。

使用者進入作業系統以後,常常會再手動開啟一個shell。這個shell就叫做 non-login shell,意思是它不同于登入時出現的那個shell,不讀取/etc/profile和.profile等配置檔案。

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non-login shell的重要性,不僅在于它是使用者最常接觸的那個shell,還在于它會讀入使用者自己的bash配置檔案 ~/.bashrc。大多數時候,我們對于bash的定制,都是寫在這個檔案裡面的。

你也許會問,要是不進入 non-login shell,豈不是.bashrc就不會運作了,是以bash 也就不能完成定制了?事實上,debian已經考慮到這個問題了,請打開檔案 ~/.profile,可以看到下面的代碼:

  if [ -n "$bash_version" ]; then if [ -f "$home/.bashrc" ]; then . "$home/.bashrc" fi

上面代碼先判斷變量 $bash_version 是否有值,然後判斷主目錄下是否存在 .bashrc 檔案,如果存在就運作該檔案。第三行開頭的那個點,是source指令的簡寫形式,表示運作某個檔案,寫成"source ~/.bashrc"也是可以的。

是以,隻要運作~/.profile檔案,~/.bashrc檔案就會連帶運作。但是上一節的第一種情況提到過,如果存在~ /.bash_profile檔案,那麼有可能不會運作~/.profile檔案。解決這個問題很簡單,把下面代碼寫入.bash_profile就行 了。

  if [ -f ~/.profile ]; then . ~/.profile

這樣一來,不管是哪種情況,.bashrc都會執行,使用者的設定可以放心地都寫入這個檔案了。

bash的設定之是以如此繁瑣,是由于曆史原因造成的。早期的時候,計算機運作速度很慢,載入配置檔案需要很長時間,bash的作者隻好把配置檔案 分成了幾個部分,階段性載入。系統的通用設定放在 /etc/profile,使用者個人的、需要被所有子程序繼承的設定放在.profile,不需要被繼承的設定放在.bashrc。

順便提一下,除了linux以外, mac os x 使用的shell也是bash。但是,它隻加載.bash_profile,然後在.bash_profile裡面調用.bashrc。而且,不管是ssh登入,還是在圖形界面裡啟動shell視窗,都是如此。

參考連結

(完)

原文釋出時間為:2013-08-24

本文來自雲栖社群合作夥伴“linux中國”

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