centos系统启动流程

linux内核特点：

• 支持模块化：模块文件的名字以.ko（kernel object）结尾
• 支持内核运行时，动态加载和卸载模块文件。

linux内核组成部分：

• 核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release

  # ll /boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64
  -rwxr-xr-x. 1 root root 6639904 Nov  9  2018 /boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64
  # file /boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64
  /boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 3.10.0-957.el7.x86_64 (mockbuild@kbuilder.bsys.centos.org) #1 S, RO-rootFS, swap_dev 0x6, Normal VGA

• 模块文件：/lib/modules/VERSION-release

  如果按照了多个内核版本，则/lib/modules下，有多个目录

  # ll /lib/modules
  drwxr-xr-x. 8 root root 4096 Feb 20 10:03 3.10.0-957.el7.x86_64

  3.10.0-957.el7.x86_64目录下的文件：

  # ls /lib/modules/3.10.0-957.el7.x86_64/
  build   modules.alias      modules.builtin.bin  modules.drm          modules.softdep      updates
  extra   modules.alias.bin  modules.dep          modules.modesetting  modules.symbols      vdso
  kernel  modules.block      modules.dep.bin      modules.networking   modules.symbols.bin  weak-updates
  misc    modules.builtin    modules.devname      modules.order        source

  其中有：kernel目录

  # ls /lib/modules/3.10.0-957.el7.x86_64/kernel/
  arch  crypto  drivers  fs  kernel  lib  mm  net  sound  virt

  arch：平台特有；crypto：加密/解密；drivers:驱动管理；mm：内存管理。fs：文件系统；net：网络管理；sound：声卡驱动

• ramdisk：

  ramdisk的由来：操作系统不知道用户的电脑上的磁盘设备是什么型号的，访问特定磁盘是要使用特定的磁盘驱动程序的，所以操作系统可能就要把市面上主流的磁盘驱动程序都准备好，放入安装盘中，这样一来安装盘太臃肿。为了解决这个问题，操作系统不准备任何磁盘驱动程序，而是在安装操作系统的过程中，扫描用户的硬件，根据硬件自动生成磁盘驱动程序，并把这个驱动程序存放入磁盘中。

  开机后，内核被装载到内存后，就要去从磁盘找根文件系统。内核要想访问磁盘，必须需要访问磁盘的驱动程序，可是磁盘的驱动程序又在根文件系统里，所以内核就无法找到磁盘的驱动程序，也就无法访问磁盘。所以需要一个临时的根文件系统，在里面放磁盘的驱动程序。这个临时的驱动程序和根文件系统，是在安装操作系统时，由安装程序扫描机器的硬件后，根据硬件的型号自动生成的。有了这个东西后，内核就先把一段内存模拟成磁盘，把这个东西放到内存中，从它的里面取得到磁盘驱动，然后使用好不容易得到的驱动程序，去访问真的磁盘，得到真的根文件系统。然后真的根文件系统，取代这个东西。

  这个东西叫：ramdisk。

  我们使用free命令,可以看到buff和cache。为什么有buff和cache呢？因为磁盘IO太慢，所以把经常访问的磁盘上的数据，载入内存的buff和cache区域。

  # free
                total        used        free      shared  buff/cache   available
  Mem:        3880164      459420     2525300       12596      895444     3076684
  Swap:       4063228           0     4063228

  centos5：/boot/initrd-VERSION-release.img

  由于是用内存模拟磁盘，所以内存又使用buff和cache机制，缓存了磁盘的内容，造成了双重buff和cache。

  centos6,7：/boot/initramfsVERSION-release.img

  为了防止双重buffer和cache，centos6和7使用ramfs，ramfs是文件系统，就防止了双重buff和cache。

  # ll /boot/initramfs-3.10.0-957.el7.x86_64.img
  -rw-------. 1 root root 31489644 Nov 29 17:11 /boot/initramfs-3.10.0-957.el7.x86_64.img

  ramdisk的做成工具程序：

  • centos5：mkinitrd
  • centos6，7：dracut。为了兼容centos5，也可以使用mkinitrd

centos5系统启动流程

前提pc主机，MBR架构

• 第一步：post（power on system test）加电自检。

  pc机的主板上有个rom芯片（CMOS），加电后，cpu去找这个raw，然后读取里面的指令，检测机器上是否有：内存，硬盘，显示设备等。

  CMOS里有个bios（basic input output system）程序

• 第二步：boot sequence（bios里设置是用光盘启动，还是硬盘启动等）

  按次序查找引导设备，第一个有引导程序（bootloader）的设备即为本次启动要用到的设备。

  bootloader：引导程序

  • 功能：

    • 提供一个可以让用户选择的菜单，上面写着，可以选择运行的内核列表
    • 把用户选定的内核程序从磁盘加载到内存的特定空间中，然后解压，展开，此后，内核就开始真正运行起来了，然后bootloader退出，由内核接管一切。

    注意：由于bootloader仅有446字节，它无法读取LVM，软RAID的逻辑分区，只能读取物理分区，所以内核程序只能存放在物理分区上。

  • 种类：

    • LILO：linux loader。它有个致命弱点，如果内核在磁盘的1024以后的柱面上存储着的话，它无法加载内核。安卓手机用的是LILO。

    • GRUB：Grand Uniform Bootloader

      centos5，6用的版本是：grub 0.x（别名：grub legacy）

      cengtos7用的版本是：grub 1.x（别名：grub2）

  bootloader程序放在哪里了？

  如果是MBR架构，则放在了在0号track（磁道），0号sector（扇区）里 的前446bytes 。

  由于只有446字节，空间太小了，能写的程序实在有限，所以linux使用GRUB机制。

  GRUB机制：不让bootloader直接加载内核，而是让bootloader加载磁盘上的另外一个程序/boot/grub。由于/boot/grub是放在磁盘上的，所以突破了446字节的约束。

  • 第一阶段：bootloader加载/boot/grub程序
  • 第1.5阶段：filesystem driver？
  • 第二阶段：/boot/grub程序加载内核。

• 第三步：kernel自身初始化

  • 探测所以硬件设备

  • 为了加载磁盘上的根文件系统，所以先加载ramdisk上的文件系统，找到里面的磁盘驱动程序。

    注意：也有可能不使用ramdisk。当自己在自己的机器上编译内核时，编译程序就探测到了本地磁盘类型，所以在编译的时候，就可以把磁盘的驱动，编译到内核里，所以内核就不需要再去找ramdisk了。

  • 使用磁盘驱动，以只读方式，加载根文件系统。只读的目的：防止内核有bug，把根文件系统里面的东西删除了。没问题后，再改为读写方式。

  • 运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

    centos5之前的init程序：SysV init

    ? 使用的配置文件：/etc/inittab

    centos6的init程序：Upstart

    ? 使用的配置文件：/etc/init/*.conf

    centos7的init程序：Systemd

    ? 使用的配置文件: /usr/lib/systemd/system目录下的文件，和/etc/systemd/system目录下的文件

• 第四步：/sbin/init会启动/sbin/mingetty程序，显示可以登录的文本界面。

Linux的运行级别

为了系统的维护等目的设定了7个级别（0~6）

• 级别0：关机 shutdown
• 级别1：单用户模式（single user），以root用户登录，无需输入root密码。root密码忘记了，使用级别1。输入维护模式。
• 级别2：多用户模式（multi user），会启动网络功能，但不会启动NFS。属于维护模式。
• 级别3：多用户模式（multi user），完全功能模式，但不启动图形界面。
• 级别4：预留级别，没有被使用，但习惯以同3级别功能使用。
• 级别5：多用户模式（multi user），完全功能模式，开机自动启动图形界面。
• 级别6：重启 reboot

默认级别是3或5，server用级别3；个人主机用级别5.

切换级别的命令：init 级别

查看当前的级别：who -r或者runlevel

run命令的结果里的N：上一次的级别。由于没切换过级别，所以上一次就是N。

# who -r
run-level 5  2020-02-20 10:03
# runlevel
N 5

init程序的配置文件说明

1，centos5，6：/etc/inittab

每行定义一种action，以及与之对应的process

每一行的格式：id:runlevel:action:process

id:标识

runlevel：运行级别

action：指明启动process的条件

• wait：当运行级别切换至此行的级别时，执行一次process
• respawn：一旦此行的process终止，就自动重新启动它
• initdefault：设定系统开机时默认的运行级别，所以此行的process省略
• sysinit：设定系统初始化的方式，所以runlevel省略，process一般为/etc/rc.d/rc.sysinit脚本

process：程序

例子：

• id01:3:initdefault:

  系统开机时，以级别3运行。

• id02::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

  不管以哪个级别运行，都使用/etc/rc.d/rc.sysinit脚本完成系统初始化。

• id03:3:wait:/etc/rc.d/rc 0

  当切换到级别3后，运行脚本：/etc/rc.d/rc 0一次。

脚本/etc/rc.d/rc的作用：当切换运行级别时，定义先kill哪些进程，然后再启动哪些进程。

• 脚本参数：运行级别

解释脚本/etc/rc.d/rc之前，先看看目录/etc/rc.d/下的构成。

下面有rc0.d，rc1.d，rc2.d，rc3.d，rc4.d，rc5.d，rc6.d目录

# ll /etc/rc.d/
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Feb 21 09:19 init.d
-rwxr-xr-x. 1 root root  2617 Jun 19  2018 rc
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Feb 21 09:19 rc0.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Feb 21 09:19 rc1.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Feb 21 09:19 rc2.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Feb 21 09:19 rc3.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Feb 21 09:19 rc4.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Feb 21 09:19 rc5.d
drwxr-xr-x. 2 root root  4096 Feb 21 09:19 rc6.d
-rwxr-xr-x. 1 root root   220 Jun 19  2018 rc.local
-rwxr-xr-x. 1 root root 20199 Jun 19  2018 rc.sysinit

/etc/rc.d/rc的脚本内容摘要：

变量$runlevel，就是执行此脚本时，传进来的参数，也就是运行级别。

# First, run the KILL scripts.
for i in /etc/rc$runlevel.d/K* ; do
#省略
    $i stop
#省略
done
# Now run the START scripts.
for i in /etc/rc$runlevel.d/S* ; do
#省略
   $i start
#省略
done

所以当运行/etc/rc.d/rc 3的时候，实际运行的脚本的就/etc/rc3.d/目录下的：K*和S*的所有脚本。

查看一下ls /etc/rc.d/rc3.d的目录，发现都是符号链接文件，指向的是/etc/init.d目录下的相应的脚本。其他的rc1.d等目录下也都是符号链接，而且指向的也是/etc/init.d目录下的相应的脚本。所有不管传的运行级别参数是什么，实际运行的脚本都是/etc/init.d下的相应的脚本。

# ll /etc/rc.d/rc3.d/K*
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jan 31 14:09 /etc/rc.d/rc3.d/K01numad -> ../init.d/numad
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jan 31 14:09 /etc/rc.d/rc3.d/K01smartd -> ../init.d/smartd
# ll /etc/rc.d/rc3.d/S*
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jan 31 14:09 /etc/rc.d/rc3.d/S01sysstat -> ../init.d/sysstat
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Jan 31 14:09 /etc/rc.d/rc3.d/S02lvm2-monitor -> ../init.d/lvm2-monitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Jan 31 14:09 /etc/rc.d/rc3.d/S05rdma -> ../init.d/rdma

那么，为什么弄出这么多符号链接呢？

观察这些符号链接，发现：K和S的后面都有2位数字。

这2位数字是为了排序用的，/etc/rc.d/rc脚本的for i in /etc/rc$runlevel.d/K* ; do语句，就把以K后S开头的按后面的数字排序了。

• K##：要被结束的进程。##数字越小，先被结束。所以不被别的进程依赖的进程，数字小。
• S##：要被启动的进程。##数字越小，先被启动。所以被别的进程依赖的进程，数字小。

启动服务时，都是使用service 服务程序名 start，其实service命令，调用的是就是/etc/init.d目录下的脚本，所以直接运行脚本和使用service命令的效果是一样的，试验如下：

# /etc/init.d/crond stop
Stopping crond:                                            [  OK  ]
# /etc/init.d/crond start
Starting crond:                                            [  OK  ]
# /etc/init.d/crond status
crond (pid  4822) is running...
# /etc/init.d/crond restart
Stopping crond:                                            [  OK  ]
Starting crond:                                            [  OK  ]
# service crond status
crond (pid  4850) is running...
# service crond restart
Stopping crond:                                            [  OK  ]
Starting crond:                                            [  OK  ]
# service crond stop
Stopping crond:                                            [  OK  ]
# service crond start
Starting crond:                                            [  OK  ]

当想让某个服务进程开机就自动运行的话，在目录/etc/init.d下创建自己的脚本文件：

#!/bin/bash
#
# test servvice
#
# chkconfig: 2345 90 60
# description: test service

prog=$(basename $0)

if [ $# -lt 1 ]; then
    echo "Usage:$prog {start|stop|status|restart}"
    exit 1
fi

if [ "$1" == "start" ]; then
    echo "start $prog done"
elif [ "$1" == "stop" ]; then
    echo "stop $prog done"
elif [ "$1" == "restart" ]; then
    echo "restart $prog done"
elif [ "$1" == "status" ]; then
    if [ pidof $prog &> /dev/null ]; then
        echo "$prog is running"
    else
        echo "$prog is stopped"
    fi
else
    echo "Usage:$prog {start|stop|status|restart}"
    exit 2
fi

注意：chkconfig: 2345 90 60

2345：级别

90：启动优先级

60：终止优先级

有个命令chkconfig可以帮助我们，在rc0.d,rc1.d,rc2.d,rc3.d,rc4.d,rc5.d,rc6.d目录下自动创建符号链接，符号链接的名字：S90mySer.sh和K60mySer.sh。但不是在所以目录都创建，根据写的级别创建，这里写的是2345，所以在rc2.d,rc3.d,rc4.d,rc5.d目录下创建S90mySer.sh和K60mySer.sh

虽然【# chkconfig: 2345 90 60】是注释，但必须有这行。否则，执行chkconfig命令出下面的错误：

# chkconfig mySer.sh on
service mySer.sh does not support chkconfig

使用chkconfig mySer.sh on就是在2345目录下创建S90mySer.sh文件

使用chkconfig mySer.sh off就是在2345目录下创建K90mySer.sh文件

# chkconfig mySer.sh on
# ls /etc/rc.d/rc0.d/ | grep mySer
# ls /etc/rc.d/rc1.d/ | grep mySer
# ls /etc/rc.d/rc2.d/ | grep mySer
S90mySer.sh
# ls /etc/rc.d/rc3.d/ | grep mySer
S90mySer.sh
# ls /etc/rc.d/rc4.d/ | grep mySer
S90mySer.sh
# ls /etc/rc.d/rc5.d/ | grep mySer
S90mySer.sh
# ls /etc/rc.d/rc6.d/ | grep mySer
# chkconfig mySer.sh off
# ls /etc/rc.d/rc0.d/ | grep mySer
# ls /etc/rc.d/rc1.d/ | grep mySer
# ls /etc/rc.d/rc2.d/ | grep mySer
K60mySer.sh
# ls /etc/rc.d/rc3.d/ | grep mySer
K60mySer.sh
# ls /etc/rc.d/rc4.d/ | grep mySer
K60mySer.sh
# ls /etc/rc.d/rc5.d/ | grep mySer
K60mySer.sh
# ls /etc/rc.d/rc6.d/ | grep mySer

有了这些链接文件后，就可以使用service命令，来启动我们的服务了。

# service mySer.sh start
start mySer.sh done
# service mySer.sh stop
stop mySer.sh done
# service mySer.sh restart
restart mySer.sh done

chkconfig选项：

• 查看：--list [scriptname]

  # chkconfig  --list
  abrt-ccpp       0:off   1:off   2:off   3:on    4:off   5:on    6:off
  abrtd           0:off   1:off   2:off   3:on    4:off   5:on    6:off
  acpid           0:off   1:off   2:on    3:on    4:on    5:on    6:off
  atd             0:off   1:off   2:off   3:on    4:on    5:on    6:off
  auditd          0:off   1:off   2:on    3:on    4:on    5:on    6:off
  autofs          0:off   1:off   2:off   3:on    4:on    5:on    6:off
  # chkconfig  --list mySer.sh
  mySer.sh        0:off   1:off   2:on    3:on    4:on    5:on    6:off

• 指定运行级别：--level LEAVES

  # chkconfig  --list mySer.sh
  mySer.sh        0:off   1:off   2:on    3:on    4:on    5:on    6:off
  # chkconfig --level 35 mySer.sh off
  # chkconfig  --list mySer.sh
  mySer.sh        0:off   1:off   2:on    3:off   4:on    5:off   6:off

当只是单纯开机运行某个进程，而不需要额外的脚本的话，直接修改/etc/rc.d/rc.local文件即可。

下面添加了touch /tmp/welcome，所以开机后，就会创建这个文件；

添加了/usr/sbin/httpd，所以开机后，就会启动httpd进程。

#!/bin/sh
#
# This script will be executed *after* all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don't
# want to do the full Sys V style init stuff.

touch /var/lock/subsys/local
touch /tmp/welcome
/usr/sbin/httpd

为什么编辑/etc/rc.d/rc.local文件就好用呢？

因为这个文件被rc2.d，rc3.d，rc4.d，rc5.d目录里的最后一个文件S99local链接了

# ll /etc/rc.d/rc2.d/ | tail -1
lrwxrwxrwx. 1 root root 11 Jan 31 14:08 S99local -> ../rc.local
# ll /etc/rc.d/rc3.d/ | tail -1
lrwxrwxrwx. 1 root root 11 Jan 31 14:08 S99local -> ../rc.local
# ll /etc/rc.d/rc4.d/ | tail -1
lrwxrwxrwx. 1 root root 11 Jan 31 14:08 S99local -> ../rc.local
# ll /etc/rc.d/rc5.d/ | tail -1
lrwxrwxrwx. 1 root root 11 Jan 31 14:08 S99local -> ../rc.local

系统初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit的作用：

• 设置主机名
• 设置欢迎信息
• 激活udev（创建设备文件用的）和selinux
• 挂载/etc/fstab文件中定义的所以文件系统

• 检测根文件系统，没有问题后，以读写方式重新挂载根文件系统。

• 读取硬件时钟，设置系统时钟
• 读取配置文件/etc/sysctl.conf里的内核参数，修改内核的行为。
• 激活lvm及软raid设备
• 激活swap设备
• 从根文件系统，加载硬件的驱动程序

• 清理操作

总结：/sbin/init的启动流程

1，通过读取配置文件/etc/inittab，获得运行级别

2，执行脚本/etc/rc.d/rc.sysinit，完成系统初始化

3，根据取得的运行级别，先停止这个级别不需要运行的进程（K##），再启动这个级别需要运行的进程（S##）

4，设置登录终端。如果是级别3则登录终端是文本界面

5，如果是级别5，则需要启动图形界面服务，显示图形登录界面；

centos6系统启动流程

基本和centos5相同，只列出不同点

1，init程序：upstart，但依然为/sbin/init。其配置文件不是/etc/inittab了，而是/etc/init/*.conf。但/etc/inittab里也有用，只放默认运行级别一行（id:3:initdefault:）。

2，系统初始化脚本是/etc/init/rcS.conf，但里面运行的是/etc/rc.d/rc.sysinit

3，脚本/etc/init/rc.conf里面，调用/etc/rc.d/rc $RUNLEVEL

centos7系统启动流程

启动流程是一样的，实现的细节不一样。

兼容centos5和6，所以也可以使用service命令。

# service crond start
Redirecting to /bin/systemctl start crond.service
# service crond status
Redirecting to /bin/systemctl status crond.service

centos7使用systemctl命令。

centos7没有了运行级别的概念，改用target概念

• graphical.target对应运行级别5
• multi-user.target对应运行级别3

systemctl get-default

# systemctl get-default
graphical.target

centos7的init程序：Systemd

? 使用的配置文件: /usr/lib/systemd/system目录下的文件，和/etc/systemd/system目录下的文件

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