CentOS系統啟動流程

CentOS系統啟動流程
Linux系統的組成部分
Linux系統的組成部分：內核+根文件系統
內核:進程管理，內存管理，網絡協議棧，文件系統，驅動程序，安全功能
內核設計流派:
單內核設計:把所有功能集成同一個程序
微內核設計:每種功能使用一個單獨的子系統實現
linux內核特點:支持模塊化: .ko(kernel object)
支持模塊運行時動態裝卸或卸載
組成部分:
核心文件: /boot/vmlinuz-VERSION-release
ramdisk：CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img
CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img
模塊文件:/lib/modules/VERSION-release
運行中的系統環境可分為兩層：內核空間、用戶空間
用戶空間：應用程序（進程或線程）
內核空間：內核代碼（系統調用）

CentOS 系統的啟動流程
1.加載BIOS的硬件信息，獲取第一個啟動設備
2.讀取第一個啟動設備MBR的引導加載程序(grub)的啟動信息
3.加載核心操作系統的核心信息，核心開始解壓縮，并嘗試驅動所有的硬件設備
4.核心執行init程序，并獲取默認的運行信息
5.init程序執行/etc/rc.d/rc.sysinit文件
6.啟動核心的外掛模塊
7.init執行運行的各個批處理文件(scripts)
8.init執行/etc/rc.d/rc.local
9.執行/bin/login程序，等待用戶登錄
10.登錄之后開始以shell控制主機
詳細說明啟動流程
1..加載BIOS的硬件信息，獲取第一個啟動設備:
POST,加電自檢是BIOS功能的一個主要部分，負責完成對CPU，主板，內存，硬盤子系統，顯示子系統，串并行接口，鍵盤等硬件情況的檢測
ROM:BIOS，保存著有關計算機系統最重要的基本輸入輸出程序，系統信息設置，開機加電自檢程序和系統啟動自舉等
RAM:CMOS互補金屬氧化物半導體，保存各項參數的設定
按次序查找引導設備，第一個有引導程序的設備為本次啟動設備
bootloader：引導加載器，程序；
Windows：ntloader
Linux：
LILO：LIinux LOader
GRUB：Grand Uniform Bootloader
GRUB 0.X：Grub Legacy
GRUB 1.X：Grub2
功能：提供一個菜單，允許用戶選擇要啟動的系統或不同的內核版本； 把用戶選定的內核裝載到RAM中的特定空間中，解壓、展開，而后把系統控制權移交給內核
2.讀取第一個啟動設備MBR的引導加載程序(grub)的啟動信息

MBR:第一個扇區
前446字節:bootloader
中間64字節:分區表
最后2字節:55AA

GRUB：
bootloader：1st stage
Partition：filesystem driver, 1.5 stage
Partition：/boot/grub, 2nd stage
3.加載核心操作系統的核心信息，核心開始解壓縮，并嘗試驅動所有的硬件設備

Kernel:
自身初始化:
探測可識別到的所有硬件設備
加載硬件驅動程序
以只讀方式掛載根文件系統
運行用戶空間的第一個應用程序:/sbin/init
init程序的類型:
Centos5-:SysV int
配置文件:/etc/inittab
Centos6:Upstart
配置文件：/etc/inittab
/etc/init/*.conf
CentOS 7：Systemd
配置文件：/usr/lib/systemd/system/, /etc/systemd/system/
ramdisk:
Linux內核的特性之一：使用緩沖和緩存來加速對磁盤上的文件訪問；
ramdisk --> ramfs
CentOS 5: initrd
工具程序：mkinitrd
CentOS 6,7: initramfs
工具程序：dracut, mkinitrd
4.核心執行init程序，并獲取默認的運行信息
init 程序的類型：

1.SysV: init, 在CentOS 5中的開機速度是最慢的原因是采用SysV init方式，其特點是啟動用戶空間的服務程序，通常通過腳本進行，有依賴關系的服務將被串行啟動。

(1)運行級別：為了系統的運行或維護等目的而設定的機制；
0-6：7個級別；
0：關機, shutdown
1：單用戶模式(single user)，root用戶，無須認證；維護模式；
2:多用戶模式(multi user)，會啟動網絡功能，但不會啟動NFS；維護模式；
3:多用戶模式(mutli user)，完全功能模式；文本界面；
4:預留級別：目前無特別使用目的，但習慣以同3級別功能使用；
5:多用戶模式(multi user)， 完全功能模式，圖形界面；
6:重啟，reboot
默認級別：3, 5
級別切換：init #
級別查看：
who -r
runlevel
(2)配置文件：/etc/inittab
每行定義一種action以及與之對應的process
id:runlevels:action:process
id：一個任務的標識符；
runlevels：在哪些級別啟動此任務；#，###，也可以為空，表示所有級別；
action：在什么條件下啟動此任務；
process：任務；
action：
wait：等待切換至此任務所在的級別時執行一次；
respawn：一旦此任務終止，就自動重新啟動之；
initdefault：設定默認運行級別；此時，process省略；
sysinit：設定系統初始化方式，此處一般為指定/etc/rc.d/rc.sysinit腳本；
2.Upstart: init,CentOS 6 #CentOS 6的開機速度比5會快一些因為他采用的是Upstart的方法雖然你見到的名字還叫做init但是很多機制都是采用ubuntu開發的Upstart這個機制，特點是守護進程間的通信依賴于D-Bus進行，因此可基本實現類似的并行啟動
init程序：upstart，但依然為/sbin/init，其配置文件：
/etc/init/.conf, /etc/inittab（僅用于定義默認運行級別）
.conf為upstart風格的配置文件；
3.Systemd ：systemd, CentOS 7 #在7中的啟動速度最快的原因是采用Systemd的方式，其特點是服務只有第一次被訪問時才會真正的啟動起來
核心概念：unit,unit由其相關配置文件進行標識、識別和配置；文件中主要包含了系統服務、監聽的socket、保存的快照以及其它與init相關的信息；
這些配置文件主要保存在：
/usr/lib/systemd/system
/run/systemd/system
/etc/systemd/system
unit的常見類型：
Service unit：文件擴展名為.service，用于定義系統服務；
Target unit：文件擴展為.target，用于模擬實現“運行級別”；
Device unit： .device，用于定義內核識別的設備；
Mount unit： .mount，定義文件系統掛載點；
Socket unit： .socket，用于標識進程間通信用到的socket文件；
Snapshot unit： .snapshot， 管理系統快照；
Swap unit： .swap, 用于標識swap設備；
Automount unit： .automount，文件系統自動點設備；
Path unit： .path, 用于定義文件系統中的一文件或目錄；
關鍵特性：
基于socket的激活機制：socket與程序分離；
基于bus的激活機制；
基于device的激活機制；
基于Path的激活機制；
系統快照：保存各unit的當前狀態信息于持久存儲設備中；
向后兼容sysv init腳本；/etc/init.d/
不兼容：
systemctl的命令是固定不變的；
非由systemd啟動的服務，systemctl無法與之通信；
5.init程序執行/etc/rc.d/rc.sysinit文件

系統初始化腳本：/etc/rc.d/rc.sysinit
(1) 設置主機名；
(2) 設置歡迎信息；
(3) 激活udev和selinux；
(4) 掛載/etc/fstab文件中定義的所有文件系統；
(5) 檢測根文件系統，并以讀寫方式重新掛載根文件系統；
(6) 設置系統時鐘；
(7) 根據/etc/sysctl.conf文件來設置內核參數；
(8) 激活lvm及軟raid設備；
(9) 激活swap設備；
(10) 加載額外設備的驅動程序；
(11) 清理操作；
6.啟動核心的外掛模塊
7init 執行運行的各個批處理文件(scripts)

    在系統/etc/rc.d/rc.sysinit初始化完成系統之后，此時系統就已經可以正常工作了，只是還缺少啟動時所需要的各項服務，這樣主機才能提供一些我們需要的功能，如網絡服務、dhcp服務等功能這里通過inittab里面提到的l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3配置了，而這里其實是通過/etc/rc.d/rc3.d/下所有鏈接文件來決定如何啟動或關閉服務；素有以S開頭的都被傳遞start參數啟動，所有以K開頭的，都被傳遞stop參數以停止。
    而/etc/rc.d/rc3.d/下的所有鏈接文件都是在/etc/init下面的所有腳本，而這些腳本都必須至少接受四個最基本的參數，｛start|stop|status|restart｝
    意味著去啟動或關閉/etc/rc.d/rc3.d/目錄下的服務腳本所控制服務；
            K*：要停止的服務；K##*，優先級，數字越小，越是優先關閉；依賴的服務先關閉，而后關閉被依賴的；
            S*：要啟動的服務；S##*，優先級，數字越小，越是優先啟動；被依賴的服務先啟動，而依賴的服務后啟動；
  rc腳本：接受一個運行級別數字為參數；
        /etc/init.d/* (/etc/rc.d/init.d/*)腳本執行方式：
                /etc/init.d/SRV_SCRIPT  {start|stop|restart|status}
              service  SRV_SCRIPT   {start|stop|restart|status}
    chkconfig命令：管控/etc/init.d/每個服務腳本在各級別下的啟動或關閉狀態；
                                        查看：chkconfig  --list   [name]
                                        添加：chkconfig  --add  name
            能被添加的服務的腳本定義格式之一：
                                 #!/bin/bash
                                 #
                                 # chkconfig: LLL  NN NN
                                # description:  
                                 刪除：chkconfig  --del  name
            修改指定的鏈接類型：
                    chkconfig  [--level  LEVELS]  name  <on|off|reset>
                 --level LEVELS：指定要控制的級別；默認為2345；

8.init 執行/etc/rc.d/rc.local
注意：正常級別下，最后啟動的一個服務S99local沒有鏈接至/etc/init.d下的某腳本，而是鏈接至了/etc/rc.d/rc.local （/etc/rc.local）腳本；因此，不便或不需寫為服務腳本的程序期望能開機自動運行時，直接放置于此腳本文件中即可。
? /etc/rc.d/rc.local 在指定運行級別腳本后運行
? 可以根據情況，進行自定義修改
9執行/bin/login 程序，等待用戶登錄
10登錄之后開始以Shell控制主機

CentOS 6 啟動流程：POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader -->Kernel(ramdisk) --> rootfs --> switchroot --> /sbin/init -->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 別 設定默認運行級別 --> 系統初始化腳本 rc.sysinit --> 務 關閉或啟動對應級別的服務 --> 啟動終端