linux系统入门之启动阶段问题排错-优快云博客

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本文介绍了Linux系统从启动到运行的基本流程，包括BIOS初始化、GRUB引导、内核加载和系统初始化等阶段，并针对每个阶段可能出现的问题进行了详细排错步骤的模拟，包括MBR损坏、GRUB配置文件丢失、内核文件缺失、initrd文件丢失、/boot分区问题以及启动级别错误等常见故障的解决方法。

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对linux系统启动流程的理解是熟悉linux系统的重要一步，今天来简要梳理linux启动流程。然后根据linux启动时几个关键阶段可能出现的问题进行模拟排错。

（一）先来介绍RHEL系列系统引导过程如下：

1）通电(计算机中cpu，内存为电子设备，即通电才可以运行。硬盘为物理机械设备，即使无电，也可以持久保存数据)

Tips：一块硬盘出厂后首先进行低级初始化，然后我们可以进行分区（partition），分区是为了为硬盘建立逻辑边界，这样一个分区就可以对应一个文件系统。然而对于硬盘上0扇区0磁道前512bytes部分来说，它是一个独立于操作系统的部分，是一个全局重要区域。称之为MBR，MBR对于系统启动至关重要！

2） BIOS初始化

BIOS(Basic Input/Output System)，基本输入输出系统，该系统存储于主板的ROM芯片上，计算机在开机时，会最先读取该系统，然后会有一个加电自检（POST）过程，这个过程其实就是检查CPU和内存，计算机最基本的组成单元(控制器、运算器和存储器)，还会检查其他硬件，若没有异常就开始加载BIOS程序到内存当中。

这里注意：在实际情况中，内存条，声卡，显卡等设备损坏系统无法在第一阶段正常通过。

BIOS还有主要的一个功能就是存储了磁盘的启动顺序，BIOS会按照启动顺序去查找第一个磁盘头的MBR信息，并加载和执行MBR中的Bootloader程序，若第一个磁盘不存在MBR，则会继续查找第二个磁盘(启动顺序可以在BIOS的界面中进行设置)，一旦BootLoader程序被检测并加载内存中，BIOS就将控制权交接给了BootLoader程序。

（其中MBR对于启动操作系统至关重要！MBR(Master Boot Record)，主引导记录，MBR存储于磁盘的头部，大小为512bytes，其中，446bytes用于存储BootLoader程序，64bytes用于存储分区表信息，最后2bytes用于MBR的有效性检查。）

3 ）grub2磁盘引导阶段

其实分为两个阶段：Stage1与Stage1_5。

Stage1：其实就是MBR，它的主要工作就是查找并加载第二段Bootloader程序(stage2)，但系统在没启动时，MBR根本找不到文件系统，也就找不到stage2所存放的位置，因此，就有了stage1_5

Stage1_5：该步骤就是为了识别文件系统，

4）grub2文件引导阶段

GRUB程序会根据/boot/grub/grub.conf文件查找Kernel的信息，然后开始加载Kernel程序，当Kernel程序被检测并在加载到内存中，GRUB就将控制权交接给了Kernel程序。

注意：实际上这个步骤/boot还没被挂载，GRUB直接识别grub所在磁盘的文件系统，所以实际上应该是/grub/grub.conf文件，该配置文件的信息如下：（非常重要）

grub.conf：

#boot=/dev/sda

default=0  #设定默认启动的title的编号，从0开始

timeout=5  #等待用户选择的超时时间

splashimage=(hd0,0)/boot/grub/splash.xpm.gz  #GRUB的背景图片

hiddenmenu  #隐藏菜单

title CentOS (2.6.18-194.el5PAE)  #内核标题

root (hd0,0)  #内核文件所在的设备

kernel /vmlinuz-2.6.18-194.el5PAE ro root=LABEL=/  #内核文件路径以及传递给内核的参数

initrd /initrd-2.6.18-194.el5PAE.img  #ramdisk文件路径

5 ）指定boot所在分区

6 ）启动内核，只读挂在/设备

Kernel，内核，Kernel是Linux系统最主要的程序，实际上，Kernel的文件很小，只保留了最基本的模块，并以压缩的文件形式存储在硬盘中，当GRUB将Kernel读进内存，内存开始解压缩内核文件。讲内核启动，应该先讲下initrd这个文件，

initrd(Initial RAM Disk)，它在grub文件引导这个步骤就被拷贝到了内存中，这个文件是在安装系统时产生的，是一个临时的根文件系统(rootfs)。因为Kernel为了精简，只保留了最基本的模块，因此，Kernel上并没有各种硬件的驱动程序，也就无法识rootfs所在的设备，故产生了initrd这个文件，该文件装载了必要的驱动模块，当Kernel启动时，可以从initrd文件中装载驱动模块，直到挂载真正的rootfs，然后将initrd从内存中移除。

Kernel会以只读方式挂载根文件系统，当根文件系统被挂载后，开始装载第一个进程(用户空间的进程)，执行/sbin/init，之后就将控制权交接给了init程序。

7）启动init程序，进入初始化阶段

8）启动systemd初始化进程

9 ）取/etc/systemd中的文件

10）启动程序

11）启动登陆环境

总结：整个过程基本可以分为POST–>BIOS–>MBR(GRUB)–>Kernel–>Init–>Runlevel。如图所示：

启动级别：

0: 系统停机模式
1: 单用户模式，root权限，用于系统维护，禁止远程登录，类似windows的安全模式
2: 多用户模式,没有NFS和网络支持
3: 完整的多用户文本模式，有NFS和网络，登陆后进入控制台命令行模式
4: 系统未使用，保留的，一般不用
5: 图形化模式
6: 重启模式

（二）系统排错

这部分对linux启动中几个关键阶段以启动先后顺序来模拟演示排错。

问题（1）：GRUB硬盘引导阶段中 mbr前446bytes出错

模拟：#dd if=/dev/zero of=/dev/vda bs=446 count=1

解决：

1 系统关机状态下，添加光盘镜像
2 选择光盘启动 
3 选择troubleshooting中的挽救模式
4 选择1-->continue--> 回车打开shell chroot /mnt/sysimage/
5 更改挂载目录为根目录执行grub2-install 
6 启动分区所在硬盘执行grub2-install /dev/vda 
exit退出两次 
执行挽救后选择从硬盘启动

实验：

模拟mbr前446bytes损坏：

系统无法启动：

选择从光盘启动，添加光盘，导入镜像：

启动选择从光盘启动：

选择troubleshooting中的挽救模式rescue：

选择1–>continue–> 打开shell ，切换到真实根环境chroot /mnt/sysimage/，重新安装grub，grub2-install /dev/vda，exit退出两次

最后，选择硬盘启动，系统恢复正常

问题（2）：GRUB文件引导阶段出现问题，即cpu在内存中找不到/boot/grub2/grub.cfg

模拟：rm -rf /boot/grub2/grub.cfg

解决：

1.当系统没有重新启动时，可以直接挽救：

grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg

2.若重新启动，则系统因为找不到grub.cfg里面的重要信息，则可以如下进行挽救：

1 当系统被重启时：
2 grub > set root=’hd0,msdos1’ ##此位置不固定，为/boot所在分区
3 grub > linux16 /boot/vmlinuz-3.10.0-123.e17.x86_64 ro root=/dev/vda #根区分所在位置
4 grub > initrd16 /boot/initramfs-3.10.0-123.e17.x86_64.img
5 grub > boot
6 以上操作虽然可以正常进入系统，但是只时临时的，所以还需执行：
  grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg

上面执行的操作其实质是grub.cfg里面的信息，目的是用命令将grub引导过程顺利进行下去。

实验：

模拟grub配置文件丢失：

当系统无重启时，这时可以直接挽救：

当重启后，可以在挽救模式下手动执行命令使grub阶段可以正常下去：

再开机后，还是要将grub配置文件生成：

问题（3）：grub阶段后，linux将控制权交给内核，bootloader解压缩内核，将控制权交给内核，此时内核读取各种配置文件.当内核文件被删除后，无法加载内核，导致不能正常启动。

模拟：rm -rf /boot/vmlinuz-3.10.0-123.e17.x86_64

解决：镜像文件ios的packages中存在有内核相关文件，我们可以使用光盘启动，在packages包中将需要的内核文件复制到原来的位置中

1 切换成光盘启动，进入挽救模式： 
2 执行chroot /mnt/sysimage ，mount /dev/cdrom /media ，cd /media/Packages 
3 拷贝完整的内核文件： cp kernel-3.10.0-514.el7.x86_64.rpm /mnt 
4 cd /mnt 执行 rpm2cpio kernel-3.10.0-514.el7.x86_64 | cpio -id 
5 cd boot 
6 cp vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64 /boot 
7 exit exit 然后切换成硬盘启动

实验：

模拟内核文件丢失：

切换为光盘启动，进入挽救模式，将光盘中的内核文件拷贝得到：

问题（4）：系统初始化镜像文件丢失。内核启动，initrd文件至关重要，initrd(Initial RAM Disk)，它在GRUB stage2这个步骤就被拷贝到了内存中，这个文件是在安装系统时产生的，是一个临时的根文件系统(rootfs)。因为Kernel为了精简，只保留了最基本的模块，因此，Kernel上并没有各种硬件的驱动程序，也就无法识rootfs所在的设备，故产生了initrd这个文件，该文件装载了必要的驱动模块，当Kernel启动时，可以从initrd文件中装载驱动模块，直到挂载真正的rootfs，然后将initrd从内存中移除。

模拟： rm -rf /boot/initramfs-3.10.0-123.e17.x86_64.img

解决：
当系统重新启动后
进入挽救模式

1）当系统没有重启时：mkinitrd /boot/initramfs-$(umane -r).img $(uname -r) 
2）当系统重启后：切换成光盘启动，进入挽救模式 
  chroot /mnt/sysimage 
  mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r) 
  exit两次 切换成硬盘启动

实验：

模拟虚拟根文件系统丢失，系统未重启前，可以直接挽救：

系统重启后，可以在挽救模式下执行：

问题（5）：/boot分区不存在，一步一步恢复所需要的东西。grub程序，内核文件，grub配置文件。

实验：

模拟问题（6）：当开机启动级别出现问题，如果被改为重启级别，系统会一直重启，无法开机。

解决：

1 开机按上下键按“E”进入编辑模式 
2 选择内核启动行 linux16 /vmlinuz-xxxxxxx ro xxxxxxxxxxxxx 改为： linux16 /vmlinuz-xxxxxxxx ro xxxxxxxxxx 
3 启动系统 然后在系统中重新设定 systemctl set-default graphical.target 
4 然后ctrl +x

实验：

模拟问题（7）：系统root密码忘记

解决:

1 在系统启动阶段按上下健停止系统引导，按“E”进行编辑
2 找到linux16引导条目这一行，从这行最后删除到ro选项，并把ro改为rw，然后添加rd.break选项 
3 ctrl+x启动设定过后的系统引导条目 chroot /sysroot/ ，切换到真实的系统环境 
  修改密码：echo westos | passwd --stdin root 
4 建立文件/.autorelabel让系统从新扫描所有文件 
5 exit两次使系统自动重新启动

实验：

启动按上下键按E进入编辑模式：