Linux引导过程与服务控制（包括技术实验）

一、Linux操作系统引导过程

（一）、引导过程总览

开机自检（BIOS）→　MBR引导　→　GRUB菜单　→　加载内核（kernel）→　init进程初始化

（二）、Linux操作系统的引导过程详细解读：

1、开机自检

服务器主机开机以后，将根据主板BIOS中的设置对CPU、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测，检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权，大多时候会移交给本机硬盘。
总结：检测出第一个能够引导系统的设备,比如硬盘或者光驱

2、MBR引导

当从本机硬盘中启动系统时，首先根据硬盘第一个扇区中MBR (主引导记录)的设置，将系统控制权传递给包含操作系统引导文件的分区或者直接根据MBR记录中的引导信息调用启动菜单(如GRUB)。
总结：运行放在MBR扇区里的启动GRUB引导程序

3、GRUB菜单

对于Linux操作系统来说，GRUB (统一启动加载器)是使用最为广泛的多系统引导器程序。系统控制权传递给GRUB以后，将会显示启动菜单给用户选择，并根据所选项(或采用默认值)加载Linux内核文件，然后将系统控制权转交给内核。
Centos 7采用的是 GRUB2 启动引导器
总结：GRUB引导程序通过读取GRUB配置文件 /boot/grub2/grub.cfg ，来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置。

4、加载Linux内核

Linux内核是一个预先编译好的特殊二进制文件，介于各种硬件资源与系统程序之间，负责资源分配与调度。内核接过系统控制权以后，将完全掌控整个Linux操作系统的运行过程。
Centos 7系统中，默认的内核文件位于 “/boot/vmlinuz-3.10.0-514.e17.x8664”
总结：把内核和镜像文件系统加载到内存中

5、init进程初始化

为了完成进一步的系统引导过程， Linux内核首先将系统中的 “/sbin/init” 程序加载到内存中运行(运行中的程序称为进程) ，init进程负责完成整个系统的初始化，最后等待用户进行登录。
总结：加载硬件驱动程序，内核把init进程加载到内存中运行

二、系统初始化进程

（一）、init进程

1、由Linux内核加载运行 /sbin/init 程序
2、init 进程是系统中第一个进程，是所有进程的父进程
3、init进程的PID (进程标记)号永远为1

（二）、Systemd

1、Systemd是Linux操作系统的一种 init 软件
2、CentOS7中采用全新的Systemd启动方式，取代传统的SysVinit
3、CentOS7中运行的第一个 init 进程是 /lib/systemd/systemd

传统 SysVinit 依赖于串行执行 Shell 脚本启动服务，导致效率低下，系统启动速度较慢.
systemd 能够将更多的服务进程并行启动，并且具有提供按需启动服务的能力，使得启动更少进程，从而提高系统启动速度。

（三）、Systemd 单元类型

单元类型	扩展名	说明
Service	.service	描述一个系统服务
Socket	.socket	描述一个进程间通信的套接字
Device	.device	描述一个内核识别的设备文件
Mount	.mount	描述一个文件系统的挂载点
Automount	.automount	描述一个文件系统的自动挂载点
Swap	.swap	描述一个内存交换设备或交换文件
Path	.path	描述一个文件系统中文件或目录
Timer	.timer	描述一个定时器(用于实现类似cron的调度任务)
Snapshot	.snapshot	用于保存一个systemd的状态
Scope	.scope	使用systemd的总线接口以编程的方式创建外部进程
Slice	.slice	描述居于Cgroup的一组通过层次组织的管理系统进程
Targe	.target	描述一组systemd的单元

（四）、运行级别所对应的Systemd目标

运行级别	Systemd的target	说明
0	target	关机状态，使用该级别时将会关闭主机
1	rescue.target	单用户模式,不需要密码验证即可登录系统,多用于系统维护
2	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别。默认等同于3
3	multi-user.target	字符界面的完整多用户模式,大多数服务器主机运行在此级别
4	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别。默认等同于3
5	graphical.target	图形界面的多用户模式,提供了图形桌面操作环境
6	reboot.target	重新启动，使用该级别时将会重启主机

三、排除启动类故障

（一）修复MBR扇区故障

1、故障原因
病毒、木马等造成的破坏
不正确的分区操作、磁盘读写误操作
2、故障现象
找不到引导程序，启动中断
无法加载操作系统，开机后黑屏
3、解决思路
应提前作好备份文件
以安装光盘引导进入急救模式
从备份文件中恢复

4、修复MBR扇区故障MBR位于第一块硬盘(/dev/sda)的第一个物理扇区处，总共512字节
1）、备份MBR扇区数据到其它磁盘 (/dev/sdb1)

mkdir  　 /backup
mount  　/dev/sdb1  　 /backup
dd  　 if=/dev/sda  　 of=/backup/mbr.bak 　  bs=512   　 count=1

2）、模拟破坏MBR引导扇区

dd 　if=/dev/zero 　of=/dev/sda　 bs=512　 count=1

3）、引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复MBR扇区数据
先加载好光盘镜像，重启操作系统，
当出现安装向导界面时，选择 “Troubleshooting” 选项,
再选择 “Rescue a Centos Linux system” 选项，进入急救模式
选择 “1” 选择 continue 并按 Enter 键继续
再次按 Enter 键后将进入带 “sh-4.2#” 提示符的 Bash Shell 环境

sh-4.2#  mkdir 　  /backupdir
sh-4.2#  mount 　 /dev/sdb1　  /backupdir   　　 #挂载带有备份文件的分区
sh-4.2#  dd 　 if=/backupdir/mbr. bak 　  of=/dev/sda  　　  #恢复备份数据
sh-4.2#  exit 　　   #执行exit命令退出临时 Shell 环境，系统将会自动重启

（二）、修复GRUB引导故障

1）、故障原因
MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
/boot/grub2/grub. cfg 文件丢失、引导配置有误
2）、故障现象
系统引导停滞，显示 “grub>” 提示符
3）、解决思路
尝试手动输入引导命令
进入急救模式，重写或者从备份中恢复grub.conf
向MBR扇区中重建grub程序
4）、修复GRUB引导故障命令

/boot/grub/目录下的包是用于启动菜单的背景图片及样式
/boot/grub2/grub. cfg   　　 #GRUB配置文件

方法一：手动输入引导命令(笨拙繁琐，不建议使用)

grub>  insmod  　xfs      #加载指定的模块到内核
grub>  linux16 　 /vmlinuz-3.10.0-693.e17.x86_64  　root=UUID=8fd74986-ae66-4ffd-b7d8-a19f2eca7b6f 　 ro 　 rhgb　 quiet
LANG-zh　  CN. UTF-8  　　   #内核的名字及位置等信息
grub>  initrd16　   /initramfs-3.10.0-693.e17.x86_64.img　　    #镜像系统文件
grub>   boot  　　   #引导boot

方法二：进入急救模式，恢复GRUB引导程序（仅适用于前446字节被破坏）

MBR位于第一块硬盘(/dev/sda)的第一个物理扇区处，总共512字节，前446字节是主引导记录，分区表保存在MBR扇区中的第447-510字节中。这里注意最好只备份前446字节的数据。

mkdir  　 /bak
mount  　 /dev/sdb1  　/bak
dd　  if=/dev/sda  　 of=/bak/grub.bak 　 bs=446　  count=1

模拟对MRB中的GRUB引导程序的破坏，但并不破坏分区表

dd　  if=/dev/zero  　 of=/dev/sda  　 bs=446  　 count=1

引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复GRUB引导程序

sh-4.2#   mkdir  　  /backupdir
sh-4.2#   mount  　 /dev/sdb1  　 /backupdir
sh-4.2#   dd　   if=/backupdir/grub.bak  　 of=/dev/sda
sh-4.2#   exit

方法三：引导界面进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件（/boot/grub2/grub. cfg 文件丢失、引导配置有误的情况）

rm　  -rf　  /boot/grub2/grub.cfg

sh-4.2#   chroot 　  /mnt/sysimage   　　进入急救模式，加载光盘镜像，切换到系统根环境

bash-4.2#   grub2-install  　 /dev/sda  　　    重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘(/dev/sda)的MRB扇区

重新构建GRUB菜单的配置文件
bash-4.2#   grub2-mkconfig  　 -o 　  /boot/grub2/grub.cfg

退出chroot 环境，并重启
bash-4.2#   exit
sh-4.2#   reboot

（三）、遗忘root用户密码

1、故障原因
遗忘root用户的密码
2、故障现象
无法进行需要root权限的管理操作
若没有其他可用帐号，将无法登录系统
3、解决思路
进入急救模式，重设密码
4、遗忘root用户的密码
进入急救模式，加载系统镜像，切换到系统根环境

sh-4.2#   chroot   /mnt/sysimage

重设 root 用户密码

bash-4.2#   passwd   root

四、操作过程

（一）、模拟修复MBR扇区故障

首先创建一个20G硬盘 sdb ，然后进行分区

接着将创建的分区进行格式化之后挂载

接着将sda 中的第一个扇区的 mbr数据 备份到新创建的backup目录中

接着使用 dd 命令进行对sda 的模拟破坏，然后使用init 6 命令进行重启

选择急救模式后按照流程继续即可

（二）、模拟修复GRUB引导故障中的/boot/grub2/grub. cfg 文件丢失、引导配置有误的情况

首先进入/boot 目录下，找到grub2 ,然后进入grub2 ，删除其中的grub.cfg文件，来模拟GRUB引导故障中的/boot/grub2/grub. cfg 文件丢失、引导配置有误的情况，接着使用reboot命令进行重启。

重启的时候要在读取进度条的时候按下“Esc”键进入引导界面。如果一直不能进入引导界面，可以更改一下启动优先选项，更改为CD优先（按“+”移动位置），如下操作，完成重新构建GRUB菜单的配置文件后，需要再把这里更改成初始的顺序。

剩下操作和上面实验步骤一样，只是在Linux 环境下输入的命令不同而已。

（三）、遗忘root用户密码

进入急救模式后，按照之前的操作进入Linux 环境下输入以下命令重新设置密码就行。

五、系统服务控制

（一）、系统服务控制

systemctl  控制类型   服务名称

（二）、控制类型

start：启动
stop：停止
restart：重新启动
reload：重新加载
status：查看服务状态
…

六、Linux系统的运行级别

（一）、查看运行级别

1、runlevel命令
2、systemctl工具

查看系统默认的运行级别

systemctl get-default

（二）、临时切换运行级别

1、init命令
2、systemctl工具

init 0  　 systemctl　  isolate 　 poweroff.target            　systemctl 　 poweroff
init 1 　 systemctl　  isolate  　rescue.target
init 3  　systemctl 　 isolate 　 multi-user.target  
init 5  　systemctl 　 isolate 　 graphical.target
init 6 　systemctl 　 isolate 　 reboot.target          systemctlreboot   　   reboot

（三）、设置永久运行级别

设置永久运行级别
In-sf　  /lib/systemd/system/multi-user.target   　/etc/systemd/system/default.target
或
systemctl 　 set-default 　 multi-user.target

永久修改主机名
hostnamectl 　 set-hostname　  newname
查看主机名的状态
hostnamectl  　status

设置系统语言为中文
localectl 　 set-locale 　 LANG=zh_CN.utf8
查看当前系统使用的语言
localectl  　 [status]

查看系统启动耗时
systemd-analyze

七、优化启动过程

（一）、ntsysv工具

1、提供一个交互式、可视化窗口
2、可以在字符终端运行
3、便于集中管理多个服务
4、用于控制服务是否开机自启动

（二）、systemct工具

1、不提供交互式、可视化窗口
2、管理单个服务效率更高

八、系统服务的启动和控制

（一）、ntsysv系统服务管理工具

1、按空格键标志服务选项
2、按↑、↓键切换服务选项
3、按tab键切换光标

（二）、系统服务的启动和控制

1、查看系统服务的启动状态

systemctl is-enabled 服务名称

2、服务名称设置系统服务的启动状态

systemctl enable 服务名称        #开启开机自启动
systemctl disable 服务名称        #关闭开机自启动