Linux 启动流程及相关知识

基础知识

linux系统的组成

• 内核（kerner）

• 根文件系统（rootfs）

内核提供操作系统的功能，根文件系统包含常用的一些工具，这些工具。这些工具的运行离不开glibc库文件。

程序：二进制程序文件

库：库是函数的集合，用来实现接口调用等功能。程序的运行依赖这些库文件

Linux内核的功能：文件系统管理、进程管理、网络管理、驱动程序、内存管理等

CentOS 6

CentOS 6 启动流程: 4步

POST--->MBR--->GRUB--->加载内核

POST：Power-On-Self-Test，加电自检。由主板的bios程序完成。

bios：basic input output system。基本出入输出系统

MBR

MBR： 主引导记录（Master Boot Record）。是硬盘的第一个扇区（0磁道0扇区），总共有512个字节，前446个字节存储的是bootloader的阶段一程序（以二进制的形式存放）

bootloader：是用来启动（引导）操作系统的一个程序。(安装操作系统的时候会自动安装)
bootloader这个程序里面定义了操作系统（内核）存放的位置等

windows用的bootloader：ntloader，仅用来启动操作系统的

linux用的bootloader：现在使用的是GRUB，不仅用来启动操作系统，还有多种功能
#早期版本用的是0.97版本，现在用的是2.02版本

grub的启动流程：启动操作系统前加载grub。

阶段1：加电自检完成后，通过bios检测设备驱动。如果是硬盘启动就读取硬盘的第一个扇区（MBR）。并将MBR中的前446字节（bootloader）加载到内存中进行运行 #二进制文件，可以直接访问的

阶段1.5：因为grub的另外一部分是存放在文件系统的/boot目录下的，但是要想解析这个对应的文件，需要识别这个文件系统。所以需要借助文件系统的驱动程序。因为MBR的前446字节存放不下文件系统的驱动，所以文件系统驱动放在了MBR的后续扇区中

阶段2：解析加载文件系统对应目录下grub的配置文件，找到操作系统（linux）。 #非二进制，所以不可以直接访问，而是一个文件系统。需要文件系统的驱动才能访问解析到对应的数据

#阶段1和1.5都是为了阶段2做准备的。

CentOS6 Grub第二阶段的存放位置：/boot/grub

grub.conf:grub的关键配置文件，里面定义了内核存放的相关路径等内容

#配置文件格式
default：表示默认启动那个内核 #例如default=0表示默认第一个内核作为引导
timeout：在启动界面停留的时间
hidenmenu：隐藏的启动菜单，默认看不到的
        tiele：启动界面显示的菜单项
        root（hd#.#）:表示boot分区所在的位置，#hd0.0--hd表示硬盘 0.0表示第一块硬盘的第一个分区
        kerner: /PATH/TO/KERNEL_FILE--内核文件所在的位置（/vmlinux表示boot目录下的vmlinux这个文件） root=UUID=xxxx--表示利用内核，要加载的文件系统的根系统，系统硬盘真正的根（比如/dev/sda1这块硬盘挂载到根上面 那么加载的就是这个硬盘）
        initrd：系统的一个辅助文件，是一个小型的linux文件系统，内核进入硬盘根的时候会借助它

bootloader是硬件和操作系统之间的一个媒介。硬件通过bootloader才能找到操作系统。

采用硬盘引导进入救援模式的方法

系统无法启动使用光盘的方式进入救援模式：

采用光盘启动（引导），进入rescue模式
#重启系统出现进度条的时候快速按ESC键，然后选择CD-ROM Dirver,然后选择Troubleshooting，选择Rescue a CentOS liux System，然后选择1继续，然后切换到/mnt/sysimage这个目录下操作。因为救援模式默认进入的根不是硬盘系统的根。而是ramdisk里的文件系统，并没有切换到本机硬盘上的“真正”文件系统
#正常启动的系统他不会挂载到/mnt/sysimage这个目录下的
链接：http://t.zoukankan.com/duzhaoqi-p-7327525.html

#chroot /mnt/sysimage #切换到真正的根目录下面

#grub-install /dev/sda #执行秀姑grub的命令

#sync #将缓存中的信息同步到硬盘

#exit  #退出重启

#exit

Centos6的Grub修复方法

首先需要使用光盘引导进入救援模式

#grub信息被破坏的修复方法
使用grub-install来修复：grub-install --root-directory=DIR /dev/DISK

grub-install 磁盘名称  #安装grub到硬盘上，会自动找到整个硬盘的第一个扇区MBR的前446个字节。

#无法修复grub的阶段二所对应的配置文件，需要手动编写 /boot/grub/grub.conf这个配置文件

Centos6 修复grub的方法：
方法一： #无法修复/etc/grub/grub.conf这个文件

grub-install命令： grub-install 磁盘名称  #安装grub到硬盘上，会自动找到整个硬盘的第一个扇区MBR的前446个字节。

加载内核

grub加载linux内核后，通过内核加载硬盘的根，启动系统中的第一个进程init。

内核想要进入硬盘的根，需要文件系统驱动。因为根分区有自己的文件系统。

驱动的功能由内核提供，内核的驱动存放位置在/lib目录下，例如ext4的文件系统驱动：ext4.ko.所以要加载文件系统的驱动就需要进入根的文件系统，显然不行。

所以内核此时不是从这里面加载文件系统驱动，而是从GRUB配置文件中的initrd后面指定的文件里面加载的文件系统。（是一个小型的linux文件系统）

init进程启动以后就会通过以下顺序执行相关的配置文件来设置系统

（1）/etc/inittab配置文件：确定系统使用那个运行模式（runlevel）

CentOS的运行模式有7个，对应数字0--6

0：关机
6:重启
1：安全模式
3：字符模式
5：图形界面模式

（2）运行/etc/rc.d/rc.sysinit这个脚本。初始话系统的一些信息。

设置主机名

设置欢迎信息

加载对应的服务配置

设备的挂载

交换空间的准备

系统时钟等信息

（3）根据对应的运行模式执行对应的文件夹下面脚本：/etc/rcX.d/xxx

比如运行模式是3：就执行/etc/rc3.d/ 下的脚本。

/etc/rc3.d/下面的文件都是软链接，指向/sbin/init下面的脚本。

以K开头的文件:开机启动 K##：##运行次序；数字越小，越先运行；

以S开头的文件：开机不启动。S: S##：##运行次序；数字越小，越先运行；

CentOS6的服务管理工具

• service：服务的开启和关闭

• chkconfig：服务的开机启动等

service

service 服务 start|stop|restart

service --status-all

例如：service network start （networkCentOS8弃用了）

chkconfig

chkconfig 服务 on|off

rc.local文件

• 是一个开机启动文件，不属于任何运行模式。开机的时候所有的服务脚本都运行完成后才会执行他。

• CentOS7以及后面的版本想用这个文件的话，需要手动添加可执行权限才会执行。

• ubuntu默认没有这个文件，需要手动创建并更改权限才可以使用。

/etc/rc.local

/etc/rc.d/rc.local
#/etc/rc.local -> rc.d/rc.local rc.local是 rc.d/rc.local的一个软连接

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

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

/etc/rc.d/rc.local在指定运行级别脚本后运行

CentOS6 启动流程总结：

1.POST，设备加电自检（cpu、内存、硬盘、io设备等检查）

2.MBR引导找到GRUB

3.GRUB执行完成后加载内核，内核加载硬盘的根

4.加载系统第一个进程init，并按顺序执行以下配置文件和脚本。
        /etc/inittab

        /etc/rc.d/rc.sysinit

        /etc/rcX.d/xxx

5.所有服务启动完成后执行rc.local这个脚本里面的内容。

6.终端启动，登录相关的配置和验证。

Linux的/proc和/sys目录

虚拟文件夹概念：

虚拟的文件夹，因为其数据内容是存放在内存中的，不是存放在硬盘中

/proc和/sys都是虚拟的文件夹

/proc

proc是进程（process）的缩写。这个目录文件里面存放的是进程的相关信息，把系统中的进程信息、内核状态放在proc中，是一个虚拟的文件夹，对应的数据信息是内存中的状态。

/proc/sys

这个目录文件里面的信息可以修改，可以通过这些配置来控制内核

sysctl 工具

sysctl：修改系统的内核参数

sysctl修改的参数是临时生效的，通过编写配置文件的方式实现持久化生效

#配置文件
/run/sysctl.d/*.conf

/etc/sysctl.d/*.conf

/usr/local/lib/sysctl.d/*.conf

/usr/lib/sysctl.d/*.conf

/lib/sysctl.d/*.conf

/etc/sysctl.conf  #主要存放在这里面，一般都在这个配置文件里面编写设置。

#格式：
和文件中的格式不一样，使用点（.）来隔开路径。/proc/sys不用写， 因为这个配置文件对应就是管理/proc/sys这个文件夹的

#常用参数：
-w   临时改变某个指定参数的值

-a   显示所有生效的系统参数

-p   从指定的文件加载系统参数

范例

禁止ping通本机：
[root@centos8 ~]#cat /etc/sysctl.d/test.conf
net.ipv4.icmp_echo_ignore_all=1
[root@centos8 ~]#sysctl -p /etc/sysctl.d/test.conf

清除缓存方法
echo 1|2|3 >/proc/sys/vm/drop_caches

/sys

/sys目录文件存放的是和硬件有关的一些信息，也是虚拟文件夹，不是真正的硬盘上的文件夹，对应的也是内存中的数据。

范例

新添加硬盘的识别
echo "- - -" > /sys/class/scsi_host/hostX/scan #X表示数字，从0开始的

内核模块管理

内核的组成部分：

• kernel：内核核心，一般为bzImage，通常在/boot目录

• kernel object：内核对象，一般放置于/lib/modules/VERSION-RELEASE/

• 辅助文件：ramdisk

内核版本查看：

uname -r
-r 显示VERSION-RELEASE

内核模块命令

• lsmod

• modprobe

lsmod:
  显示内核已经装载的模块
  显示的内容来自于: /proc/modules文件

范例：

[root@centos8 ~]#lsmod 
Module                 Size Used by
uas                    28672  0
usb_storage            73728  1 uas
nls_utf8               16384  0
isofs                  45056  0 #显示：名称、大小，使用次数，被哪些模块依赖

modprobe：用于装载或者卸载内核模块
  装载：modprobe 模块名
  卸载： modprobe -r 模块名  # rmmod命令：卸载模块

systemd服务

从CentOS7开始，就使用systemd服务代替init作为系统启动的第一个进程。

systemd的特性：

• 服务并行启动

• 可以按照需要启动对应守护进行

• 自动管理服务的依赖关系

• Unit（单元）的概念

• 使用systemctl管理工具

systemd的核心概念Unit（单元）

systemd把服务都笼统称为Unit（单元），通过配置文件进行标识和配置。

Unit存放的位置：/lib/systemd/system

systemd的Unit类型：
(1)service：类似于Centos6里面的服务脚本。文件扩招名为.service

(2)target：类似于Centos6里面的运行级别。文件扩展名为.target

(3)socket：义进程间通信用的socket文件。文件扩展名为.socket

#socket的理解
socket翻译过来是套接字，原意为插座、插孔。

socket可以理解为：ip地址+端口+协议类型

例如：一台笔记本电脑（server），一个耳机（client），一个u盘(clinet)，一个鼠标（client），
        socket就可以想象成笔记本电脑上的usb接口、音频接口。
        耳机需要连接到电脑听歌，需要用到音频接口，u盘需要链接电脑拷贝资料，需要用到usb接口。
        socket就负责帮助这些外接设备找到笔记本电脑中相对应的驱动以便他们完成自己的工作，反之也是这样。

socket就是位于两个层面（传输层和应用层）中间的一个参与者，服务于两方。

http是应用层协议，解决如何包装数据，TCP/IP协议是传输层协议，主要解决数据怎么在网络中传输。

一个网络协议 + 一个ip + 一个端口号，就组成了一个socket
原文链接：https://blog.csdn.net/EJEEMT/article/details/90212312

Unit的配置文件

/usr/lib/systemd/system #每个服务最主要的启动脚本设置，类似于之前的/etc/init.d/

/lib/systemd/system #ubutun的对应目录

/run/systemd/system #系统执行过程中所产生的服务脚本，比上面目录优先运行

/etc/systemd/system #管理员建立的执行脚本，类似于/etc/rcN.d/Sxx的功能，比上面目录优先运行

#/etc/systemd/system：系统管理员和用户使用
#/usr/lib/systemd/system：发行版打包者使用

systemd的service

service这种unit类型的Unit文件格式

由三部分组成：

• Unit:定义的是这个单元的相关信息

• Service：定义的是这个服务的相关信息

• Install：定义的是服务启动和关闭的一些选项

Unit段的常用选项

Description：unit的描述信息

After：当前unit在那些unit后面启动，其功能与Before相反

Requires：依赖到的其它units，强依赖，被依赖的units无法激活时，当前unit也无法激活

Wants：依赖到的其它units，弱依赖

Conflicts：定义units间的冲突关系

Service段常用选项

Type：定义启动类型

EnvironmentFile：环境配置文件

simple：默认值，后台启动常驻于内存

ExecStart：启动unit要运行命令或脚本的绝对路径

ExecStartPre： ExecStart前运行

ExecStartPost： ExecStart后运行

ExecStop：停止unit要运行的命令或脚本

Restart：当设定Restart=1 时，服务意外终止会再次自动启动

RestartSec: 重启等待时间，默认100ms

PrivateTmp：设定为yes时，会在生成/tmp/systemd-private-UUID-NAME.service-XXXXX/tmp/目录

Install段常用选项

Alias：别名，可使用systemctl command Alias.service

RequiredBy：被哪些units所依赖，强依赖

WantedBy：被哪些units所依赖，弱依赖

Also：安装本服务的时候还要安装别的相关服务

daemon-reload

当创建或者更改了硬盘上的unit的相关文件以后，需要使用daemon-reload加载到系统的内存中才会生效。

或者重启系统也能生效

范例: 自定义service的unit文件

[root@centos8 ~]#vim /lib/systemd/system/hello.service 
[Unit] 
Description=Hello World 

[Service] 
TimeoutStartSec=0
ExecStart=/bin/sh -c "while true; do echo Hello World; sleep 1; done"
ExecStop=/bin/kill sh

[Install] 
WantedBy=multi-user.target

systemd的target

运行级别：不同的运行级别是不同的服务组合而来的结果。

systemd的target就类似于CentOS6的runlevel

0  ==> runlevel0.target-> poweroff.target
1  ==> runlevel1.target-> rescue.target
2  ==> runlevel2.target-> multi-user.target
3  ==> runlevel3.target-> multi-user.target
4  ==> runlevel4.target-> multi-user.target
5  ==> runlevel5.target-> graphical.target#graphical.target是基于multi-user.target来的
6  ==> runlevel6.target-> reboot.target #

systemd的管理工具

systemctl是systemd单元（unit）的管理工具

格式：systemctl COMMAND unit_name

start|stop|restart|status

mask：禁用服务

umask：取消禁用的服务

enable：设置开机启动

disable：取消开机启动

is-active：查看unit是否激活

is-enable：查看unit是否开机启动

list-units：查看所有的unit

范例

启动一个服务：
systemctl start unit_name.service #后缀可以省略不屑

设置服务开机重启并立马启动：
systemctl enable unit_name.service --now

查看系统中类型为service的unit
systemctl list-unit --type service --all

service服务的状态

loaded Unit配置文件已处理

active(running) 一次或多次持续处理的运行

active(exited) 成功完成一次性的配置

active(waiting) 运行中，等待一个事件

inactive 不运行

enabled 开机启动

disabled 开机不启动

static 开机不启动，但可被另一个启用的服务激活

indirect 重定向到别处

修改运行级别

• 通过命令的方式修改

• 通过开机启动的时候修改

通过命令的方式来进行修改：
systemctl isolate name.target #效果等同于：init X

通过启动界面更改内核的参数修改
启动时，到启动菜单，按e键，找到在linux 开头的行后添加systemd.unit=desired.target 
#centos7是linux16开头

例如：systemd.unit=emergency.target 
systemd.unit=rescue.target

CentOS7及后续版本的启动流程

• 1.POST：系统加电自检并找到MBR

• 2.MBR引导并加载GRUB

• 3.GRUB引导内核并加载硬盘文件系统上的根系统

• 4.启动系统的第一个进程systemd进程

• 5.执行systemd对应的unit（target这种类型的）

破解 CentOS 7和8的 root 密码

方法一：
启动时任意键暂停启动 #进入内核启动的界面

按e键进入编辑模式

将光标移动linux 开始的行，添加内核参数 rd.break #rd.break暂停正常的启动，进入临时的救援模式

按ctrl-x启动

mount –o remount,rw /sysroot #硬盘的根文件系统是以只读的形式挂载到/sysroot上的，使用mount命令可以看。所以需要重新挂载

chroot /sysroot  #改变根目录为我们硬盘文件的根目录

passwd root #输入密码

#如果SELinux是启用的,才需要执行下面操作,如查没有启动,不需要执行

touch /.autorelabel  #重新打selinux的标签

exit

reboot

方法二：
启动时任意键暂停启动，出现内核启动的界面

按e键进入编辑模式

将光标移动linux 开始的行，改为 rw init=/sysroot/bin/sh

按ctrl-x启动

chroot /sysroot

passwd root

#如果SELinux是启用的,才需要执行下面操作,如查没有启动,不需要执行
touch /.autorelabel

exit

reboot

修复 GRUB2的方法

GRUB2：CentOS 7，8及ubuntu1804都使用

GRUB2的主要配置文件：

/boot/grub2/grub.cfg

修复GRUB配置文件的方法：

法一：grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg

法二：grub2-mkconfig  -o  /boot/grub2/grub.cfg  -o：表示他的标准输出

修复grub：

grub2-install /dev/sda #BIOS环境

grub2-install #UEFI环境