本文详细介绍了Linux操作系统的引导流程，包括BIOS到GRUB的引导，加载内核和init进程，以及Systemd的系统初始化。同时，文章提供了排除启动故障的方法，如修复MBR和GRUB引导问题，以及如何重置遗忘的root用户密码。此外，还讨论了Systemd的服务控制和运行级别的切换，并提到了启动过程的优化工具ntsysv和systemctl。
目录
引导过程
引导过程总览
开机自检
BIOS
MRB引导
GRUB菜单
加载内核
kernel
init进程初始化
引导过程详解
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。内核接过系统控权以后，将完会掌控整个 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.el7.x86_64"。
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
系统初始化进程
init进程
init进程由内核加载运行/sbin/init程序
init进程是系统中第一个进程，是所有进程的父进程
init进程的PID（进程标记）号永远为1
Systemd
Systemd是linux操作系统的一种init软件
CentOS7中采用全新的Systemd启动方式，取代传统的Sys Vinit（CentOS7之前使用的）
CentOS7中运行的第一个init进程是/lib/systemd/systemd
Systemd与传统Sys Vinit对比
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。
Ststemd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 （套字节格式为IP:端口） |
| 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 | 描述一个文件系统中文件或目录 |
| 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 |
| Target | .target | 描述一组systemd的单元 |
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 |
排除启动类故障
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，共512字节
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
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
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
操作步骤
1.备份MBR扇区数据到其它磁盘(/dev/sdb1)
mkdir /backup
先创建目录（添加硬盘，fdisk进行分区，格式化，挂载）
mount /dev/ sdb1 /backup
把磁盘分区挂载到/backup 目录中
dd if=/dev/sda of=/backup/mbr.bak bs=512 count=1
用dd命令从/dev/sda取文件到/backup 并命名mbr.bak，取512个字节，取1次
2.模拟破坏MBR引导扇区
dd if=/dev/zero of= /dev/sda bs=512 count=1
用dd命令从/dev/zero 取一些空字符并把/dev/sda的前512个字符覆盖成空字符
3.重启主机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
创建目录
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
修复GRUB引导故障
GURB的配置文件在 /boot/grub2/grub.cfg
/boot/grub目录下的包则是用于启动菜单的背景图片及样式
故障原因
MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
grub.conf文件丢失、引导配置有误
故障现象
系统引导停滞，显示"grub>”提示符
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
操作步骤
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.el7.86_64 root=UID=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 /initlramfs-3.10.0-693.el7.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
mkdir /bak
mount /dev/sdb1 /bak
dd if=/dev/sda of=/bak/grub.bak bs=446 count=1
模拟对MBR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
cp grub.cfg /opt/
rm -rf /boot/grub2/grub.cfg
先备份然后删除grup.cfg文件
进入急救模式，加载光盘镜像，切换到系统根环境
sh-4.2# chroot /mnt/sysimage
重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘（/dev/sda）的MRB扇区
bash-4.2# grub2-install /dev/sda
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
遗忘root用户的密码
故障原因
忘记root用户的密码
故障现象
无法进行需要root权限的管理操作
若没有其他可以账号，将无法登陆系统
解决思路
进入急救模式，重设密码
操作步骤
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
服务控制及切换运行级别
系统服务控制
systemctl 控制类型 服务名称
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
init 0=systemctl isolate poweroff.target=systenctl poweroff=shutdown -h now
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=systemctl reboot=shutdown -r now
Linux系统的运行级别
查看运行级别
runlevel命令
runlevel只能查看切换运行级别与当刖运行级别
systemctl工具
systemctl能查看默认的运行级别
临时切换运行级别
init命令
init的命令参数是运行级别所对应的数字
systemctl工具
systemctl的命令参数是具体的target
设置永久运行级别
ln -sf /lib/systemd/system/multi-user.target /etc/systemd/system/default.target
-f:强制覆盖重复文件
或者
systemctl set-default multi-user.target
systemctl get-default
优化启动过程
ntsysv工具
- 提供一个交互式、可视化窗口
- 可以在字符终端运行
- 便于集中管理多个服务
- 用于控制服务是否开机自启动
- ntsysv系统服务管理工具
- ntsysv
ntsysv --level级别列表 - 按空格键标志服务选项
- 按↑、↓键切换服务选项
- 按tab键切换光标
- ntsysv
systemctl工具
不提供交互式、可视化窗口
管理单个服务效率更高
systemctl命令
systemctl enable
开启开机自启动
systemctl disable
关闭开机自启动
systemctl start
开启服务
systemctl stop
关闭服务
systemctl is-enabled
查看系统服务的开机启动状态
hostnamectl set-hostname newname
永久修改主机名
hostnamectl status
查看主机名的状态
localectl set-locale LANG=zh_CN.utf8
设置系统语言为中文
localectl [status]
查看当前系统使用的语言
systemd-analyze
查看系统启动耗时
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