linux启动流程

2013年8月28日 由 Creater 留言 »

linux的基础启动流程
1. 加载BIOS的硬件信息,并获取第一个启动设备的代号。
2. 读取第一个启动设备的MBR的引导加载程序(即lilo、grub、spfdisk等)的启动信息。
3. 加载操作系统的核心信息,核心开始解压,并尝试驱动所有的硬件设备。
4. 核心执行init程序并获得运行信息。
5. init执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件。
6. 启动核心的外挂模块(/etc/modprobe.conf)。
7. init执行运行的各个批处理文件(Script)
8. init执行/etc/rc.d/rc.local文件。
9. 执行/bin/login程序,等待用户登录。
10. 登录之后开始以shell控制主机。

1. linux核心的引导
操作系统的核心是放在文件系统中的,要想正确加载核心就必须提前识别文件系统。系统刚启动的时候,就需要通过引导加载程序(即lilo、grub、spfdisk等)来识别文件系统,引导核心。要想加载linux的核心就必须能识别linux的文件系统,要加载windows核心就必须能识别windows文件系统。而grub是同时支持linux和windows的。但windows的加载程序并不支持linux文件系统,所以在多重启动设置的时候,总是要先装windows而后装Linux。

核心文件在哪里呢?一般来说,它会放在/boot里,并且取名为/boot/vmlinuz。

在加载核心的过程中,必须知道,系统只会“载入根目录”,并且是以只读方式载入的。有时为了让某些功能可以用文件的方法来读取,有的系统在启动的时,会建立虚拟盘(ramdisk),这就需要使用initrd以及linuxrc了。在加载核心的时候,一起加载initrd的映像文件(boot/initrd-xxxx.img),并利用linuxrc(在initrd的映像文件内)程序来加载模块。在核心驱动外部硬件的工作完成之后,initrd所建立的虚拟盘就会被删除。

2. 第一个程序init的加载和runlevel设置
在核心加载完成之后,系统就准备好了,等待程序的执行。整个linux系统中,第一个执行的程序就是“/sbin/init”。init程序做的工作相当多,除了利用设置文件“/etc/inittab”来获取运行等级之外,还会通过运行等级的设置值启动不同的服务项目。运行等级是指linux通过设置不同等级来规定系统用不同的服务来启动,让linux的使用环境不同。

“/etc/inittab”中有这么一句”si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit”,表明系统需要主动使用”rc.sysinit”这个shell脚本来设置系统环境。但这个文件的文件名在各个版本中是不一样的,需要自行查看确认。

1 [root@linux ~]#vi /etc/inittab
2 # 设置系统启动默认的运行等级设置项目
3 id:3:initdefault:
4
5 # 开始启动运行等级的服务前,使用检测与初始化系统环境的设置文件:
6 si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
7
8 # 7个不同运行等级需要启动的服务的脚本放置位置路径:
9 10:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
10 11:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
11 12:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
12 13:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
13 14:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
14 15:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
15 16:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
16
17 # 是否运行按下[ctrl]+[alt]+[del]就重新启动的设置项目:
18 ca::ctrlatdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
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20 # 本机终端启动的个数:
21 1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
22 2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
23 3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
24 4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
25 5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
26 6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
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28 # 在X Window(运行级别5)环境下启动脚本设置项目
29 x:5:once:/etc/X11/prefdm -nodaemon
30

3. init处理系统的初始化流程(/etc/rc.d/rc.sysinit)
(1)获取网络环境与主机类型。首先会读取网络环境设置文件”/etc/sysconfig/network”,获取主机名称与默认网关等网络环境。
(2)测试与载入内存设备/proc及usb设备/sys。除了/proc外,系统会主动检测是否有usb设备,并主动加载usb驱动,尝试载入usb文件系统。
(3)决定是否启动SELinux。
(4)接口设备的检测与即插即用(pnp)参数的测试。
(5)用户自定义模块的加载。用户可以再”/etc/sysconfig/modules/*.modules”加入自定义的模块,此时会加载到系统中。
(6)加载核心的相关设置。又一个文件”/etc/sysctl.conf”,按这个文件的设置值配置功能。
(7)设置系统时间(clock)。
(8)设置终端的控制台的字形。
(9)设置raid及LVM等硬盘功能。
(10)以方式查看检验磁盘文件系统。
(11)进行磁盘配额quota的转换。
(12)重新以读取模式载入系统磁盘。
(13)启动quota功能。
(14)启动系统随机数设备(产生随机数功能)。
(15)清楚启动过程中的临时文件。
(16)将启动信息加载到”/var/log/dmesg”文件中。
如果想知道启动过程中发生了什么事可以查看dmesg文件。

4. 启动系统服务”/etc/rc.d/rc*.d”与启动设置文件”/etc/sysconfig”
之前结束了inittab中的rc.sysinit之后,系统可以顺利工作了,只是还需要启动系统所需要的各种服务,这样主机才可以提供相关的网络和主机功能。因此根据之前设置的运行等级,会启动不同的服务项目。如果当时我们在inittab中选择了等级3,系统则会在”/etc/rc.d/rc3.d”目录中运行相应的服务内容,选择等级5,就在”/etc/rc.d/rc5.d”目录内。

该目录下的内容全部都是以 S 或 K 开头的链接文件,都链接到”/etc/rc.d/init.d”目录下的各种shell脚本。S表示的是启动时需要start的服务内容,K表示关机时需要关闭的服务内容。如果我们需要自己增加启动的内容,可以再init.d目录中增加相关的shell脚本,然后在rc*.d目录中建立链接文件指向该shell脚本。这些shell脚本的启动或结束顺序是由S或K字母后面的数字决定,例如S01sysstat表示第一个执行sysstat脚本,S99local表示排在第99位执行rc.local脚本。

5. 用户自定义引导程序(/etc/rc.d/rc.local)
一般来说,自定义的程序不需要执行上面所说的繁琐的建立shell增加链接文件的步骤,只需要将命令放在rc.local里面就可以了,这个shell脚本就是保留给用户自定义启动内容的。

6. 启动终端和X-Window界面
完成了系统所有的启动任务后,linux会启动终端或X-Window来等待用户登录。
tty1,tty2,tty3…这表示在运行等级1,2,3,4的时候,都会执行”/sbin/mingetty”,而且执行了6个,所以linux会有6个纯文本终端,mingetty就是启动终端的命令。
除了这6个之外还会执行”/etc/X11/prefdm -nodaemon”这个主要启动X-Window

7. 有关变换运行等级
当linux已经登录之后,有时候还希望更换运行等级,一种方法是改变”/etc/inittab”内的设置内容,将”id:3:initdefault:”中的数字改成相应等级,然后重启即可。

如果只是想暂时地改变运行等级,下次启动还是按原等级登录,可以直接使用init [0-6]命令来改变运行等级。一般来说,运行等级的不同只是相关的启动服务内容的不同而已,因此使用命令改变等级会比较两个改变等级之间的服务内容,关闭一些新等级中不需要的服务项目,启动新等级需要的服务,而保量新等级和原等级中共有的服务内容。查询目前等级的命令也很简单,只需要输入runlevel即可。如:[root@linux ~]# runlevel 结果显示:N 3

linux开机启动程序分析
Linux操作系统的引导加载程序(对个人电脑而言通常是LILO)开始,介绍Linux开机引导的步骤。
  加载内核
  LILO启动之后,如果你选择了Linux作为准备引导的操作系统,第一个被加载的东西就是内核。请记住此时的计算机内存中还不存在任何操作系统, PC(因为它们天然的设计缺陷)也还没有办法存取机器上全部的内存。因此,内核就必须完整地加载到可用RAM的第一个兆字节之内。为了实现这个目的,内核是被压缩了的。这个文件的头部包含着必要的代码,先设置CPU进入安全模式(以此解除内存限制),再对内核的剩余部分进行解压缩。
  执行内核
  内核在内存中解压缩之后,就可以开始运行了。此时的内核只知道它本身内建的各种功能,也就是说被编译为模块的内核部分还不能使用。最基本的是,内核必须有足够的代码设置自己的虚拟内存子系统和根文件系统(通常就是ext2文件系统)。一旦内核启动运行,对硬件的检测就会决定需要对哪些设备驱动程序进行初始化。从这里开始,内核就能够挂装根文件系统(这个过程类似于Windows识别并存取C盘的过程)。内核挂装了根文件系统之后,将启动并运行一个叫做 init的程序。
  注意:在这里我们故意略去了Linux内核启动的许多细节,这些细节只有内核开发人员才感兴趣。如果你好奇的话,可以访问http://www.redhat.com:8080地址处的 “Kernel Hackers Guide”。
  init进程
  init进程是非内核进程中第一个被启动运行的,因此它的进程编号PID的值总是1。init读它的配置文件/etc/inittab,决定需要启动的运行级别(Runlevel)。从根本上说,运行级别规定了整个系统的行为,每个级别(分别由0到6的整数表示)满足特定的目的。如果定义了 initdefault级别,这个值就直接被选中,否则需要由用户输入一个代表运行级别的数值。
  输入代表运行级别的数字之后,init根据/etc/inittab文件中的定义执行一个命令脚本程序。缺省的运行级别取决于安装阶段对登录程序的选择:是使用基于文本的,还是使用基于X-Window的登录程序。
  rc命令脚本程序
我们已经知道,当运行级别发生改变时,将由/etc/inittab文件定义需要运行哪一个命令脚本程序。这些命令脚本程序负责启动或者停止该运行级别特定的各种服务。由于需要管理的服务数量很多,因此需要使用rc命令脚本程序。其中,最主要的一个是/etc/rc.d/rc,它负责为每一个运行级别按照正确的顺序调用相应的命令脚本程序。我们可以想象,这样一个命令脚本程序很容易变得难以控制!为了防止这类事件的发生,需要使用精心设计的方案。
对每一个运行级别来说,在/etc/rc.d子目录中都有一个对应的下级目录。这些运行级别的下级子目录的命名方法是rcX.d,其中的X就是代表运行级别的数字。比如说,运行级别3的全部命令脚本程序都保存在/etc/rc.d/rc3.d子目录中。
  在各个运行级别的子目录中,都建立有到/etc/rc.d/init.d子目录中命令脚本程序的符号链接,但是,这些符号链接并不使用命令脚本程序在 /etc/rc.d/init.d子目录中原来的名字。如果命令脚本程序是用来启动一个服务的,其符号链接的名字就以字母S打头;如果命令脚本程序是用来关闭一个服务的,其符号链接的名字就以字母K打头。
  许多情况下,这些命令脚本程序的执行顺序都很重要。如果没有先配置网络接口,就没有办法使用DNS服务解析主机名!为了安排它们的执行顺序,在字母S 或者K的后面紧跟着一个两位数字,数值小的在数值大的前面执行。比如:/etc/rc.d/rc3.d/S50inet就会在 /etc/rc.d/rc3.d/S55named之前执行(S50inet配置网络设置,S55named启动DNS服务器)。
  存放在/etc/rc.d/init.d子目录中的、被符号链接上的命令脚本程序是真正的实干家,是它们完成了启动或者停止各种服务的操作过程。当 /etc/rc.d/rc运行通过每个特定的运行级别子目录的时候,它会根据数字的顺序依次调用各个命令脚本程序执行。它先运行以字母K打头的命令脚本程序,然后再运行以字母S打头的命令脚本程序。对以字母K打头的命令脚本程序来说,会传递Stop参数;类似地对以字母S打头的命令脚本程序来说,会传递 Start参数。

  编写自己的rc命令脚本
  在维护Linux系统运转的日子里,肯定会遇到需要系统管理员对开机或者关机命令脚本进行修改的情况。有两种方法可以用来实现修改的目的:
  ● 如果所做的修改只在引导开机的时候起作用,并且改动不大的话,可以考虑简单地编辑一下/etc/rc.d/rc.local脚本。这个命令脚本程序是在引导过程的最后一步被执行的。
  ● 如果所做的修改比较细致,或者还要求关闭进程使之明确地停止运行,则需要在/etc/rc.d/init.d子目录中添加一个命令脚本程序。这个命令脚本程序必须可以接受Start和Stop参数并完成相应的操作。
  第一种方法,编辑/etc/rc.d/rc.local脚本,当然是两种方法中比较简单的。如果想在这个命令脚本程序中添加内容,只需要使用喜欢的编辑器程序打开它,再把打算执行的命令附加到文件的末尾就可以了。这对一两行的修改来说的确很便利。
如果确实需要使用一个命令脚本程序,这时必须选择第二个方法。编写一个rc命令脚本程序的过程并不像想象中那么困难。我们下面就给出一个例子,看看它是怎样实现的(顺便说一句,你可以把我们的例子当作范本,按照自己的需要进行修改和添加)。
假设你打算每隔60分钟调用一个特殊的程序来弹出一条消息,提醒自己需要从键盘前面离开休息一会儿,命令脚本程序将包括下面几个部分:
  ● 关于这个命令脚本程序功能的说明(这样就不会在一年之后忘记它);
  ● 在试图运行它之前验证这个命令脚本程序确实存在;
  ● 接受start和stop参数并执行要求的动作。
  参数给定后,我们就可以编写命令的脚本程序。这个程序很简单,大家可以自己编写一下,我在这里就不给出了。
  编写好新的命令脚本程序之后,再从相关的运行级别子目录中加上必要的符号链接,来控制这个命令脚本程序的启动或者停止。在我的印象中,只想让它在运行级别3或者运行级别5中启动,原因是我认为只有这两个运行级别才是日常工作的地方。最后,希望这个命令脚本程序在进入运行级别6(重启动)的时候被关闭。
  激活或者禁止服务项目
  有的时候会发现,在引导的时候并不需要某个特定的服务被启动。如果你正在考虑使用Linux替换Windows NT的文件和打印服务器,就更是如此。
  我们已经知道,在特定的运行级别子目录中给符号链接改个名称,就可以让该服务不被启动,如把其名称的第一个字母由S改为K。一旦熟练掌握了命令行和符号链接,就会发现这是激活或者禁止服务的最快办法。
  在学习这个改名方法的时候,可能会觉得图形化的操作界面ksysv比较容易掌握。虽然它原来是设计使用在KDE环境里的,但在 Red Hat Linux 7.2下缺省安装的GNOME环境里也运行得很好。如果想启动它,只需简单地打开一个xterm窗口,并输入ksysv命令就可以了。屏幕上会出现一个窗口,其中列出了能够修改的全部参数,需要时还包括在线帮助。

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