二十四、系统启动流程

CentOS 5和6的启动流程

　整个系统某一时刻要么执行内核代码，要么在执行rootfs某个路径下某个应用程序的某个用户代码

　linux ：kernel+rootfs

　　　　kernel ：进程管理、内存管理、网络管理

一、

kernel的功能

    1、输出系统调用

    2、实现tcp/ip，文件系统

    3、协调硬件工作

    4、模块化装载驱动，让硬件工作

进程管理：(创建、调度、销毁、进程结构体、task struct、tast list、虚拟内存空间和地址、物理内存空间和地址、常驻内存集、虚拟内存集、进程间通信IPC机制、内核多任务工作、进程的类型、结构、定义、进程的状态) 创建进程和销毁进程系统调用

网络管理(网络定义、CSMA/CD、PARC实验室、网络拓扑、网桥和交换机隔离冲突产生广播(MAC表)、MAC、路由器隔离广播域(路由表)、IP协议、分类、子网掩码的作用、ARP协议和攻击方式？、广域网和城域网、端口号作用、进程间通信、URL、ISO的OSI模型、如何将主机接入网络 创建、绑定、监听socket（多路复用）) 内核中实现tcp/ip协议，通过系统调用输出

内存管理(申请内存、释放内存) 通过系统调用完成 

文件系统 （文件系统中识别一切皆是文件，按名存取，交换分区，日志型文件系统和非日志型文件系统，格式化，VFS，）通过系统调用open() read() write()

安全管理: selinux,权限模型

驱动程序

二、

为什么会用到rootfs？

linux系统运行需要路径完成，目录格式在FHS中定义。不同路径提供完成不同的功能，/bin,/sbin开机所需的程序，/lib,/lib64开机程序所依赖的库

库和二进制程序的区别

　 相同：都是程序
　 不同：
  　　  库： 没有执行入口，只能作为有执行入口程序的片段运行，与运行的程序一块存活(函数的生命周期)
    　　二进制程序有执行入口

程序开发调用的库 和 源码编译为二进制程序运行时加载至共享内存中的库不相同

程序开发时，调用syscall二次封装的库（Glibc库 gun/libc)及查看头文件

glibc库的位置: /usr/lib,/usr/lib64,/lib,/lib64

头文件：记录库的数量和有多少个调用的函数库，函数名，及可向函数传递的参数

库：函数集合，functions 功能

函数：代码片段，函数可以接受参数，完成灵活多样的功能

函数名：方便使用代码就为其取了一个名字

    调用函数：即为调用函数名，完成功能

    调用接口：即为功能入口或功能的名字

依据库被调用执行后是否有执行结果返回对库调用进行分类

    过程调用：没有返回值,procedure

    函数调用：有返回值:function

 操作系统的组成：kernel + 程序(【程序运行时所依赖的】库+二进制程序)

三、内核

kernel设计流派

   单内核：所有功能在内核单个进程中以线程实现。稳定，效率高。如果任何一处出故障，全体崩溃。(Linux)

   微内核：每种功能使用一个单独子系统实现。不稳定，效率低。任何处出故障不影响全局，可单模块修复。(Windows,Solaris)

   微内核理论比单内核更为先进，但是微内核多个子系统间的协调过于复杂，所以单内核和微内核设计思想或建构方式不分伯仲。

    

Linux内核特点

    1、进程轻量，轻量到相当于微内核中线程线程的概念。

    2、进程中类似于轻量级进程模式运行进程，进程称为thread

    3、linux线程实现与windows、Solaris不一样

    4、当有人质疑Linux使用单内核时，linus曾说：只要linux能跑起来，而且没有什么严重的问题，我们就应该让它进行下去，毕竟稳定压倒一切

    5、吸收微内核设计：支持模块化设计：内核中模块 .ko (kernel object) 程序调用的库 .so (share object) 模块相当于程序的库的概念，只是模块只能被kernel调用。库只能被程序调用

    6、更多硬件、协议、文件系统运行

　7、支持模块的动态装载和卸载

kernel组成

    核心文件: /boot/vmlinuz-VERSION-release

     　　   ramdisk: （安装系统后由安装程序生成）

        　　    　　CentOS 5: /boot/initrd-1.2.3-1.OS.CPU.img

          　　  　　CentOS 6+: /boot/initramfs-1.2.3-1.OS.CPU.img

    模块文件： /lib/modules/VERSION-release  与核心文件VERSION-release版本保持一致

　　　　内核文件：/lib/modules/VERSION-release /kernel

 四、CentOS x86平台 启动流程

4.1、POST加电自检

 　　加电 -- CPU自举（CPU找到ROM特定地址空间中的特定指令，CPU运行指令，完成硬件自检）-- 显示BIOS界面

4.2、Boot Sequence(MBR)

    按次序查找各引导设备，第一个有引导程序的设备即为本次启动用到设备

    

   如果存储设备都没有MBR，到网络设备时：

        1、通过网卡发送广播，找到dhcp服务器，获取一个IP地址

        2、并通过dhcp获得能够传递过来一个引导加载程序的文件服务器(tftp)

        3、传递引导程序过来，完成系统引导

MBR工作(系统引导)

    引导加载器：MBR=446（bootloader） + 64(fat) + 2 SSAA

    作用提供一个菜单，允许用户选择要启动系统或不同的内核版本；把用户选定的内核装载到内存中的特定空间，解压、展开，并把系统控制权移交给内核

    引导加载器分类：

        Windows NT Loader (New Technology)

        Linux 

            LILO Linux Loader 古老，无法加载1024后的柱面，现多用于嵌入式

            grub：grand uniform boot 统一引导加载器(Linux,Windows,BSD),突破LILO限制

                grub1 CentOS5,6 0系

                grub2 CentOS 7 1系

    Step1: 找到MBR时，运行MBR中的bootload进入1

    Step1.5：是分区的文件系统的驱动。 step1.5在MBR后面的一段空间中,1完成后自动运行1.5

    Step2：进入分区，运行grub程序，根据配置显示菜单，根据用户选择的内核，和ramdisk，加载至内存。移交控制权给内核

4.3、Kernel工作

 自身初始化内核自动解压、展开

    1、探测可识别到的所有硬件设备；

    2、加载驱动(包括从ramdisk中加载驱动)

　3、以只读方式挂载根文件系统

　5、运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

 　　　

　　    内核特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问：

            ramdisk分类

                CentOS 5: ramdisk 在内存中当作磁盘，当内核挂载根时，需要再一次缓冲ramdisk

　　　　　　　 　initrd  ，    工具程序：mkinitrd

                CentOS 6,7: ramfs 在内存中当作文件系统，直接挂载

　　　　　　　　initramfs， 工具程序：mkinitrd(已放弃)，dracut

            

4.4、只读切换挂载rootfs

4.5、启动init

            init分类

                CentOS 5 System V init (1、进程切换，2、进程依赖 。 串行启动进程)

            配置文件：/etc/inittab

                CentOS 6 Ubuntu upstart --> init （dbus:进程间通信基于BUS总线。基于dbus机制，没有依赖。接近并行启动进程 ）

            配置文件: /etc/inittab, /etc/init/*.conf （未使用该配置文件启动）   /etc/init.d/* 脚本启动

                CentOS 7 MAC/OS---> systemd （1、不借助bash解释器 ，systemd能完成初始化[仅启动需要的进程，不需要的进程，假启动，在需要访问此进程时，都会启动])

            配置文件: /etc/systemd/system , /usr/lib/systemd/system

                

    CentOS5,6: service

    CentOS 7: systemctl

4.6、init程序初始化

1、设置主机名

1）CentOS 5: HOSTNAME=`/bin/hostname`
2）CentOS 6: HOSTNAME=$(/bin/hostname)
# Set the hostname.
update_boot_stage RChostname
action $"Setting hostname ${HOSTNAME}: " hostname ${HOSTNAME}
[ -n "${NISDOMAIN}" ] && domainname ${NISDOMAIN}

2、设置欢迎信息 baner

1）CentOS 5: echo -en $"		Welcome to "
2) CentOS 6：echo -en $"		Welcome to "

3、激活udev和selinux

4、挂载/etc/fstab文件中定义的文件系统

action $"Mounting local filesystems: " mount -a -t nonfs,nfs4,smbfs,ncpfs,cifs,gfs,gfs2 -O no_netdev
else
        action $"Mounting local filesystems: " mount -a -n -t nfs4,smbfs,ncpfs,cifs,gfs,gfs2 -O no_netdev
fi

5、检测根文件系统，并以读写挂载文件系统

 mount -n -o remount,ro /

 

6、设置系统时钟 

7、激活swap设置

8、根据/etc/sysctl.conf文件设置内核参数

9、激活lvm2及software RAID

10、加载额外设备的驱动

11、清理操作

 小结：/sbin/init ---》（/etc/inittab）--->设置默认运行级别 --->运行系统初始脚本、完成系统初始化 --->关闭对应下需要关闭的服务，启动需要启动的服务 --->设置登录终端

CentOS 6启动区别  （ubunt研发）

　 运行级别：为了系统的运行或维护等应用目的而设定　

0：关机
1：单用户模式
2：无网络支持的多用户模式
3：有网络支持的多用户模式
4：保留，未使用
5：有网络支持有X-Window支持的多用户模式
6：重新引导系统，即重启

 默认级别：3,5

切换级别： init #

查看级别： runlevel  或 who -r 　　　　

　　注意：

　　　　多数的桌面的linux系统缺省的runlevel是5，用户登陆时是图形界面，而多数的服务器版本的linux系统缺省的runlevel是3，用户登陆时是字符界面，runlevel 1和2除了调试之外很少使用，runlevel s和S并不是直接给用户使用，而是用来为Single user mode作准备。

[coosh@vmtest ~]$ runlevel 
　　N 3
后者代表当前的runlevel，前者代表之前的runlevel，如果runlevel自开机后一直没有改变过，则前者为字母N。

配置文件： /etc/inittab   

　　　　id:runlevel:action:process

　　　　　　action :   wait 切换至此级别运行一次；

　　　　　　　　　　respawn：此process终止，就重新启动之；

　　　　　　　　　　initdefault ：设定默认运行级别，process省略；

　　　　　　　　　　sysinit：完成系统初始化

　　

    程序: upstart

    配置文件: /etc/inittab 切割成/etc/init/*.conf

        注意： /etc/init/*.conf文件语法 遵循  upstart配置文件语法格式

说明：rc  0 ---> 意味着读取/etc/rc.d/rc0.d/

　　K*  : K##*   ##运行次序，数字越小，越先运行；数字越小的服务，通常为依赖到别的服务；

　　S*  : S##*   ##运行次序，数字越小，越先运行；数字越小的服务，通常为依赖到别的服务；

#!/bin/sh
#
# NetworkManager:   NetworkManager daemon
#
# chkconfig: - 23 84  所有级别
( 第一个数字(0-6级别)：表示默认当我们授shouchkconfig显示控制时候--初始化时在那些级别下设定为S；
　　　　　　　　　　　　 为“-”时所有级别都不为S，即所有级别下都自动添加K开头链接
　第二个数字 ：s##  (S23）
　第三个数字 ：K##  (K84）

chkconfig 命令

　　查看服务在所有级别的启动或关闭设定情形：

　　　　chkconfig  [--list]  [name]

　　添加 ：

　　　　SysV的服务脚本放置于 /etc/rc.d/init.d (/etc/init.d)

　　　　chkconfig --add  name

 　　删除：

　　　　chkconfig  --del  name

　　修改制定的链接类型：

　　　　chkcofnig [--level ] name  <on|off|reset>

　　　　　　　　--level  ### ：制定要设置的级别：省略时表示2345

 chkconfig 命令参考 ：http://note.youdao.com/noteshare?id=c151989eaa65a0d87a1ca4089c0e854a&sub=17478E269CA54395AD1192BE12A10743

注意：正常级别下，最后启动一个服务S99local没有链接至/etc/rc.d/init.d一个服务脚本，而是指向了/etc/rc.d/rc.local脚本；

因此，不便或不需写为服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d/目录，且又想开机时自动运行的命令，可直接放置于/etc/rc.d/rc.local文件中。

 4.7、终端

 用户登录之前shell程序是不会启动的，启动的是登录程序

 tty.conf 与终端相关

exec /sbin/mingetty $TTY

mingetty会调用login程序

    rc.conf 启动服务

exec /etc/rc.d/rc $RUNLEVEL

    rcS.conf 初始化

exec /etc/rc.d/rc.sysinit 系统初始化脚本

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如何跳过开机密码，进入维护模式

    1、启动系统时，设置其运行级别1；

     2、在此界面下，按任意键。      

      向上下箭头：完成上下移动。

      e : 在启动前编辑高亮菜单 

      a : 在启动前修改内核参数

      c : 打印一个命令行

     3、按e编辑高亮菜单

        b 引导起动

        e 编辑boot顺序所选的命令行

        c 打印一个命令行

        o 在所选行后，打开一个新行

        O 在所选先前，打开一个新行

        d 删除，光标所在行

    3、光标移到kernel /vmlinuz行，按e键。    

        类BASH的行编辑器，支持命令行补全（TAB）

        ENTER：在编辑完毕后，可以按ENTER键，接受你的改变

    4、在其后可以输入 1 或 s 或 S 或 single , 并按ENTER键，保存

    5、再按b键引导，即可完成元密码登入bash

      

    6、修改密码

1）echo "PASSWORD" | passwd -n 2 -x 2 -i 100 root  （见passwd命令参数即可）

2）passwd root

3）openssl passwd -salt $(openssl rand -hex 4) -1 和 usermod -p PASSWORD user

 7、切换运行级别

　runlevel 

　init 3

 

详细centos6系统启动流程 ：http://note.youdao.com/noteshare?id=b6c9a064fafa9781aa1bb2a934d91393&sub=FCA25BC0C7D54FD6A8A1B656B8E08CF0