Linux系统启动流程

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#linux #运维 #服务器

于 2016-03-15 21:34:06 首次发布

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基本概念
1.1 CMOS & BIOS
CMOS: 记录各项硬件参数，且嵌入主板的存储器
BIOS：写入主板上的一个内置程序，计算机运行的第一个程序
MBR:
启动流程
2.1 启动流程：BIOS–>MBR–>-->boot loader–>核心文件

加载BIOS，硬件自检，读取配置获得第一个启动设备
读取并执行第一个启动设备内MBR的Boot Loader(grub等)
根据boot loader配置加载kernel，kernel检测硬件并加载驱动
kernel调用init进程，init取得run-level信息
init运行/etc/rc.d/rc.sysint，准备软件运行环境(网络，时区)
init运行run-level对应的各个服务启动
init运行/etc/rc.d/rc.local(开机启动的程序)
init运行终端模拟程序mingetty来启动login程序，等待用户登录

2.2 Boot loader
安装在启动设备的第一个扇区内(sector)，即MBR(Master Boot Record)。BIOS通过硬件的INT 13中断功能来读取MBR

Boot loader: 提供菜单、加载核心、转交控制权给其他loader

提供菜单: 使用着可选择不同的启动项目，多重系统有用
加载核心文件：直接指向可启动程序区来开始操作系统
转交其他boot loader：将启动管理移交其他boot loader

Boot loader可以安装的地点有两个，分别是 MBR 与 boot sector

多操作系统，先装Windows，后Linux的原因: Windows的loader默认不支持控制权转交功能

2.3 加载Kernel
boot loader读取kernel文件，并将其压缩到主内存中，此时kernel开始测试和驱动周边设备(硬盘，CPU，网卡等)
kernel会以自己的功能重新侦测一次硬件，不一定适应BIOS侦测到的硬件信息，此时kernel接管BIOS后续工作

kernel文件位置：
ls --format=single-column /boot
initrd-2.6.16.60-0.42.54.1-smp --> 虚拟文件系统
vmlinuz-2.6.16.60-0.42.54.1-smp --> kernel文件

/lib/modules: 动态核心模块(即驱动程序)：/lib和/必须在同一个分区，因此系统启动时，必须挂载根分区，以便核心模块加载驱动程序。模块参数配置/etc/modprobe.conf

/boot/initrd: 虚拟文件系统(Initial RAM Disk): 它能够通过boot loader加载到内存中，该文件被解压到内存中模拟成一个根目录，此模拟在内存中的文件系统能够提供一个可运行的程序，通过该程序加载启动中需要的核心模块

boot loader加载kernel和initrd，然后在内存中让initrd解压成为根目录，kernel以此加载适当的驱动程序，最终释放虚拟文件系统，并挂载实际根目录文件系统

2.4 分析initrd文件：
mkdir -p /tmp/initrd
cp /boot/initrd-2.6.16.60-0.42.54.1-smp /tmp/initrd
cd /tmp/initrd
mv initrd-2.6.16.60-0.42.54.1-smp initrd-2.6.16.60-0.42.54.1-smp.gz
gzip -d initrd-2.6.16.60-0.42.54.1-smp.gz
file initrd-2.6.16.60-0.42.54.1-smp # ASCII cpio archive
cpio -ivcdu initrd-2.6.16.60-0.42.54.1-smp # 根目录，包含/lib, /dev等

没有initrd能否启动？
不一定。
需要initrd最重要的原因是，启动无法挂载根目录，例如根目录上有特殊存储设备，U盘，SCSI，SATA，RAID，LVM等
如果Linux安装在IDE磁盘上，并且使用ext2/ext3文件系统，不需要initrd也能正常启动系统

2.5 系统运行的第一个程序
程序名：/sbin/init
PID: 1
配置：/etc/inittab

2.6 运行级别run-level
0: halt
1: single user mode
2: multi-user, without NFS
3: full multi-user mode
4: unused
5: X11
6: reboot

系统初始化：
/etc/rc.d/rc.sysinit (CentOS)
/etc/rc.d/boot (Suse ?)

启动系统服务：/etc/rc.d/rc N

启动配置文件: /etc/sysconfig

run-level 5运行实例：
/etc/rc.d/rc 5
/etc/rc.d/rc5.d/K??* stop
/etc/rc.d/rc5.d/S??* start

??为顺序数字，K和S的值相反
K21mytest -> …/mytest
S01mytest -> …/mytest

stand alone服务启动目录/etc/init.d
chkconfig 会创建上面的symbolic link

用户自定义的启动程序：/etc/rc.d/rc.local

2.7 /etc/sysconfig配置目录
authconfig: 身份认证，/etc/shadow密文加密算法等
clock: 时区 ZONE=“Asia/Shanghai”，cp /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime
network: 主机名&网关
network.script/: 网卡配置

2.8 切换运行级别
runlevel
init 3
init 0 -> shutdown
init 6 -> reboot

2.9 核心与核心模块
kernel: /boot/vmlinuz
kernel解压所需RAM Disk: /boot/initrd
核心模块: /lib/modules/$(uname -r)/kernel
核心源码: /usr/src/linux或/usr/src/kernel

kernel版本信息: cat /proc/version
系统kernel参数: cd /proc/sys/kernel

kernel加载的module: lsmod

module相信信息：modinfo ext3

增加module: modprobe ext3
删除module：modprobe -r ext3

lsmod | grep vfat
modprobe vfat
lsmod | grep vfat
modprobe -r vfat