CentOS(RHEL)系列操作系统的启动流程：Intel X86兼容架构

Linux的系统组成：内核 + 应用程序  GNU/Linux：单纯的指Linux内核

从硬盘存储和启动操作系统的角度：

Linux的系统组成：内核 + 根文件系统(rootfs)

内核功能：进程管理，文件系统管理，内存管理，网络协议，驱动程序，安全功能，...

Linux系统的系统运行环境可以分为两部分：

内核空间：内核代码(系统调用)

就是内核进程占用的CPU和内存资源的总和；

用户空间：应用程序(进程或线程)

就是各种存储于文件系统中的应用程序，在发起为进程或线程之后，占据的CPU和内存资源的总和；

操作系统内核的设计流派：

单内核设计：

所有的功能全部集中于同一个程序；运行时表现为一个进程；

Linux就是单内核设计

Linux，我们不需要他成为最先进的，我们只是要使用它；

微内核设计：

每种功能使用一个单独的子系统来实现；

Windows，Solaris都是微内核设计

Linux内核的特点：

单内核 + 模块化：内核之中的功能更 + 各个模块提供的功能之和；

为了能够提效，会为速度比较慢的IO设备提供缓冲和缓存；

Linux内核的组成部分：

内核核心文件：

/boot/vmlinuz-VERSION-release

CentOS 5:

/boot/vmlinuz-2.6.18-398.el5

CentOS 6:

/boot/vmlinuz-2.6.32-573.el6.x86_64

CentOS 7:

/boot/vmlinuz-3.10.0-327.el7.x86_64

最新的内核版本：4.17

内核模块文件：

/lib/modules/KERNEL_VERSION/kernel/

ramdisk：

CentOS 5：

/boot/initrd-2.6.18-398.el5.img

CentOS 6/7：

/boot/initramfs-2.6.32-573.el6.x86_64.img

/boot/initramfs-3.10.0-327.el7.x86_64.img

CentOS 5/6: 

生成ramdisk的工具：mkinitrd

CentOS 7：

生成ramdisk的工具：dracut  mkinitrd

rd和ramfs：

ramdisk：双缓冲和双缓存；

ramfs：提效，避免双缓冲和双缓存；

CentOS系列操作系统的启动流程(2)

基于x86架构兼容平台研究系统启动流程；

1.POST：Power-On Self Test，加电自检；

ROM：Read-Only Memory，只读存储器；

CMOS：BIOS，Basic Input and Output System，基本输入输出系统；

X86架构的CPU可以线性寻址的物理存储空间：ROM + RAM

2.BootSequence：启动顺序

作用：决定到何种硬件设备上加载操作系统；

方式：按照指定的次序查找各个引导设备，第一个被找出有引导程序的设备即为本次启动要用到的设备；

BootLoader：引导加载器，程序；

MBR：

Master(Main) Boot Record：

0磁道0扇区:

446Byte: bootloader

64Byte：FAT，File Allocation Table；

2Byte：magic-number，55AA，表示MBR有效；

GPT：

Windows：NTLDR

Linux：

LILO：LInux LOader，有缺陷：不能支持大硬盘；不超过1024柱面；

GRUB：GRand Uniform Bootloader，全球统一引导加载器；

CentOS 6-：

GRUB 0.x：grub legacy

CentOS 7：

GRUB 1.x：grub2

grub提供的功能：

1.为用户提供一个菜单，菜单中列举的是各个可以启动的操作系统内核；

2.可以将用户选定的内核核心文件装载到RAM中，解压缩并展开，将系统控制权移交给内核；

3.交互式的命令行接口；

4.菜单及内核启动的安全保障；

3.内核：

自身初始化：

1) 探测能够识别到的所有的硬件设备；

2) 加载硬件的驱动程序，有可能会借助于ramdisk加载驱动；

3) 以只读的方式挂载根文件系统；

4) 运行用户空间的第一个应用程序: /sbin/init

4.Init：

Init程序的类型：

CentOS 5：SysV Init

配置文件：/etc/inittab

CentOS 6：Upstart Init

配置文件：/etc/inittab 几乎被废弃；

/etc/init/*.conf

CentOS 7：Systemd

配置文件：/usr/lib/systemd/system/*

/etc/systemd/system/*

小结：

系统初始化流程(内核级别)

POST --> BootSequence(BIOS) --> BootLoader(MBR) --> kernel(内核核心文件只能放置在基本分区上) [--> ramdisk] --> rootfs(read-only) --> /sbin/init

CentOS 5的SysV Init的工作过程：

CentOS 5 SysV Init：

运行级别(run level)：为了系统的运行或维护等目的而设置的管理机制；

0-6 ： 七个运行级别；

# 0 - 关机，halt，shutdown

# 1 - 单用户模式(Single user mode)，root，无需验证；维护模式；

# 2 - 多用户模式(Multiuser)，会启动网络功能；但不会启动NFS，维护模式；

# 3 - 多用户模式(Full multiuser mode)，完全的功能模式，仅使用CLI，不激活GUI；

# 4 - 预留级别，目前无特别使用的目的；但是习惯上认为与3运行级别相同；

# 5 - 多用户模式(Full multiuser mode)，完全的功能模式，默认激活GUI和CLI，默认使用的是GUI；

# 6 - 重启，reboot

通常会使用3,5运行级别作为此次系统启动的默认运行级别；

查看当前系统的运行级别：

who -r

runlevel

切换运行级别：

init [0-6]

Init的配置文件：/etc/inittab，此配置文件有如下功能：

1.在整个系统初始化的过程中要做哪些任务；

启动或关闭哪些后台服务；

如何进行系统初始化；

在验证用户的身份无误之后，如何为用户提供登录提示符，还要区分是图形界面还是文件界面；

当备用电源失效或重新生效时，如何指挥系统操作；

定义了按下"Ctrl + Alt + Delete"组合键时，系统将采取什么行为；

2.所有规定的任务如何执行；

每一行定义一种操作，格式如下：

id:runlevels:action:process

id:一种操作的唯一标识符；

l#, id, pf, pr, #, x, 

runlevel：指定任务执行所依赖的运行级别；

####, #, 留空

action：在何种条件下启动此任务；

wait：等待切换至此任务所在的运行级别时，运行一次；

respawn：一旦此任务结束，就自动重新启动此任务；

initdefault：用于设定默认的运行级别，通常后面的process省略

sysinit：设置系统初始化的方式，一般情况下此处运行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本；

powerfail：

powerokwait：

ctrlaltdel：

/etc/rc.d/rc.sysinit：

1.设置主机名称；

2.设置启动的欢迎信息；

3.激活udev和SELinux

4.挂载/etc/fstab文件中定义的所有有效文件系统；

5.激活各个swap设备；

6.检测rootfs，并且以读写的方式重新挂载rootfs；

7.设置系统时间；

8.根据/etc/sysctl.conf文件设置内核参数；

9.激活lvm和软RAID等高级逻辑设备；

10.加载额外的设备的驱动程序；

11.完成清理工作；

/etc/rc.d/rc：

根据特定的运行级别，启动或关闭/etc/rc.d/rc$runlevel.d/*

K*：要停止的服务；K字母后面的两位数字表示优先级；数字越小优先级越高；依赖其他服务的服务应该优先关闭，被其他服务依赖的服务应该稍后关闭；

S*：要启动的服务；S字母后面的两位数字表示优先级；数字越小优先级越高；被其他服务依赖的服务应该优先启动，依赖其他服务的服务应该稍后启动；

rc脚本可以接受一个运行级别作为其参数运行内容的；

脚本框架：

for i in /etc/rc.d/rc#.d/K* ; do

$i stop

done

for i in /etc/rc.d/rc#.d/S* ; do

$i start

done

所有由rc脚本关闭或启动的链接文件的源文件都存在于/etc/rc.d/init.d，系统为了方便使用，为此目录创建了链接/etc/init.d

所有/etc/init.d(/etc/rc.d/init.d)目录中的脚本执行方式：

# /etc/init.d/SRV_SCRIPT {start|stop|restart|status}

# service SRV_SCRIPT {start|stop|restart|status}

chkconfig命令：

chkconfig - updates and queries runlevel information for system services

查看系统服务相关运行级别下的运行状态：

chkconfig --list [name]

管理系统服务在/etc/rc.d/rc#.d/目录下的服务脚本的链接：

chkconfig --add name

chkconfig --del name

为了能够让chkconfig命令管理系统服务的脚本的链接，每个脚本中都必须有这样的格式：

# chkconfig: 2345 90 60

2345：在哪个运行级别下，此服务是自动启动状；也就是说，在对应的运行级别的rc#.d目录中，是以S开头的文件；如果改位置为"-"，则表示所有运行级别都为K开头的；

90：如果在某个运行级别下为开启状态，该数字为S后面的优先级数字；

60：如果在某个运行级别下为停止状态，该数字为K后面的优先级数字；

# description: 对于此系统服务的摘要性描述信息；

单独设置指定运行级别下系统服务的自动启动或关闭的状态；

chkconfig [--level levels] name <on|off|reset>

/etc/rc.d/rc.local脚本：

是init程序在引导用户空间进程启动的过程中，所执行的最后一个脚本；因此，不便于或不需要写在系统服务相关的脚本中的内容但又期望可以开机即运行的功能，可以直接写在此脚本中；

# Run gettys in standard runlevels

1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1

2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2

3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3

4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4

5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5

6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

mingetty会调用login程序，打开虚拟终端；出了mingetty之外，诸如getty之类的程序也可以生成虚拟终端控制台；

如果默认的运行级别时5，则我们需要/etc/X11/prefdm脚本打开图形界面终端；

X6R11 - X Version 6 Release 11

小结：(用户空间的启动流程)，/sbin/init

/sbin/init --> /etc/inittab --> 设置默认运行级别 --> /etc/rc.d/rc.sysinit脚本，完成系统初始化 --> 关闭那些对应运行级别下需要停止的服务，启动那些对应运行级别下需要开启的服务 --> Ctrl+Alt+Del热键功能 -->UPS电源的失效与恢复之后的操作 --> 生成终端[启动图形界面]

CentOS 6：

Init程序：upstart，其应用程序依然是/sbin/init，其配置文件：

/etc/inittab：仅仅只是用于定义默认运行级别；

/etc/init/*.conf：

rcS.conf：执行系统初始化脚本的任务；

rc.conf：执行根据运行级别关闭或开启系统服务的任务；

start-ttys.conf：执行打开终端相关的任务；

prefdm.conf：执行大小图形界面的任务；

upstart机制：基于事件驱动的程序管理模型；Driven-envet

CentOS 6 系统启动流程：

POST --> BootSequence(BIOS) --> Bootloader --> kernel [-->ramfs] -->rootfs(ro) --> /sbin/init --> 设定默认运行级别 --> 系统初始化 --> 可以并行执行ctrl+alt+del热键功能定义，系统服务的开启和关闭，电源管理，dbus管理等 --> 登录提示符

CentOS 7：

Init程序：systemd，与经典的Init程序完全不同；其配置文件：

/etc/systemd/system/*

/usr/lib/systemd/system/*：systemd的UNIT文件；

/etc/inittab：彻底被废弃；

systemd完全兼容SysV风格的Init程序及其脚本；因此，service类的命令在CentOS7中依然可用；但是，建议使用CentOS7标配的systemctl命令来控制和管理系统服务；

systemctl命令：

systemctl - Control the systemd system and service manager

systemctl [OPTIONS...] COMMAND [NAME...]

使用systemctl管理服务的一般方式：

systemctl {start|stop|restart|status} name[.service]

设置CentOS 7的默认运行级别：

~]# systemctl set-default {multi-user.target | graphical.target}

查看CentOS 7的默认运行级别：

~]# systemctl get-default