Linux系统启动过程分析

  主要内容:

    1. 启动过程几个主要文件简介 

    2. 开机过程详细说明

    3. 开机过程详图

 

启动过程中的几个主要文件及其作用:

文件名称

(按照加载次序列出)

 

作用

/etc/inittab

定义在进入或切换各个级别时系统需要执行的动作

init在初始化系统时需要读取其中配置




/etc/rc.d/rc.sysinit

init进程调用执行

完成下面的初始化工作:

1. 获取网络环境及主机类型

2. 测试与载入内存设备/procUSB设备/sys

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

6. 加载核心的相关设置

7. 设置系统时间

8. 设置中断控制台(console)的字形

9. 设置RAIDLVM等硬盘功能

10. fsak检验磁盘文件系统

11. 进行磁盘配额quota的转换(非必要)

12. 重新以可读取模式载入系统磁盘

13. 启动quota的功能

14. 启动随机数设备

15. 清除启动过程中生成的临时文件

16. 将启动相关信息加载到/var/log/message文件中

/ettc/rc.d/rc

init进程调用执行

根据制定的运行级别,加载或终止相应的系统服务

/etc/rc.local

rc脚本调用执行

保存用户定义的徐开机后自动执行的命令

 

inittab文件说明:
    格式:  id:runlevels:action :process

id

用于在inittab文件中唯一标识一条记录,没有特别的意义

runlevels

用于指定记录能在哪些级别下运行(可以有多个,表示在相应的运行级均需要运行;也可以为空,为空时表示0~6都要运行)

action

用于指定记录将执行的动作类型

process

用于设置启动进程所执行的动作命令

(字段中进程可以是任意的守候进程、可执行脚本或程序)


  inittab文件中每一记录都从新的一行开始,所以每个记录项最多可有512个字符;
  运行级(runlevels)就是操作系统当前正在运行的功能级别。这个级别从1到6;
  当运行级别改变,并且正在运行的程序并没有在新的运行级别中指定需要运行,那么init会先发送一个SIGTERM 信号终止,然后是SIGKILL. 运行级别发生变化时,init就会从/etc/inittab运行相应的命令
 

文件中有效的action值:

 


 

有效的action

 

respawn如果process字段指定的进程不存在,则启动该进程,init不等待处理结束,而是继续扫描inittab文件中的后续进程,当这样的进程终止时,init会重新启动它,如果这样的进程已存在,则什么也不做。

wait启动process字段指定的进程,必须等到执行结束才去处理inittab中的下一记录项。

once: 启动process字段指定的进程,不等待处理结束就去处理下一记录项。当这样的进程终止时,也不再重新启动它,在进入新的运行级别时,如果这样的进程仍在运行,init也不重新启动它。

boot只有在系统启动时,init才处理这样的记录项,启动相应进程,并不等待处理结束就去处理下一个记录项。当这样的进程终止时,系统也不重启它。

bootwait:系统启动后,当第一次从单用户模式进入多用户模式时处理这样的记录项,init启动这样的进程,并且等待它的处理结束,然后再进行下一个记录项的处理,当这样的进程终止时,系统也不重启它

off如果指定的进程正在运行,init就给它发SIGTERM警告信号,在向它发出信号SIGKILL强制其结束之前等待5秒,如果这样的进程不存在,则忽略这一项。

powerfailinit接到断电的信号(SIGPWR)时,处理指定的进程。当然前提是有U P S和监视UPS并通知init电源已被切断的软件。RHlinux默认没有列出该选项

powerwait init接到断电的信号(SIGPWR)时,处理指定的进程,init不会等待正在运行的进程结束,并且等到处理结束才去检查其他的记录项。

sysinit: 指定的进程在访问控制台之前执行,这样的记录项仅用于对某些设备的初始化,目的是为了使init在这样的设备上向用户提问有关运行级别的问题,init需要等待进程运行结束后才继续。

initdefault: 指定一个默认的运行级别,只有当init一开始被调用时才扫描这一项,如果runlevel字段指定了多个运行级别,其中最大的数字 是默认的运行级别,如果runlevel字段是空的,init认为字段是0123456,于是进入级别6,这样便陷入了一个循环,如果inittab文件中没 有包含initdefault的记录项,则在系统启动时请求用户为它指定一个初始运行级别

ctrlaltdel允许init在用户于控制台键盘上按下Ctrl+Alt+Del组合键时,重新启动系统。注意,如果该系统放在一个公共场所,系统管理员可将Ctrl+Alt+Del组合键配置为别的行为,比如忽略等。我是设置成打印一句警告的话了(防止其他人恶意重启系统):监视到特定的键盘组合键被按下时采取的动作,现在还不完善。

 

开机过程详细说明:

  示意图:

过程说明:
    1.  BIOS:系统首先由POST(PowerOnSelfTest,上电自检)程序来对内部各个设备进行检查;自检后,就首先按照系统CMOS设置中保存的启动顺序搜寻软硬盘驱动器及CD—ROM、网络服务器等有效地启动驱动器,读入操作系统引导记录,然后将系统控制权交给引导记录,并由引导记录来完成系统的顺利启动。

  注:
    硬盘主引导记录MBR(Master Boot Record):位于硬盘0磁道0柱面1扇区,该扇区共512bytes,其中MBR占446bytes ;MBR所做的唯一的事情就是装载第二引导装载程序。
    分区表DPT(Disk Partition Table)占64bytes;
    硬盘有效标志(Magic Number)占2bytes;

    2.  引导扇区的前446字节,其中定义如何启动本硬盘上的系统(根据分区表找到对应分区上的内核);而对于Linux,一般多用Grub引导,由于grub相对较大,所以分为两段式的进行引导,第一段存储于硬盘MBR中,第二段放置于操作系统内核所在的分区上。Grub根据MBR中第一段找到第二段,继续引导,第二段中放置的有GRUB菜单等信息,可以让用户选择需要继续引导启动的系统;并且菜单中指定的有内核及RamDisk信息;
    3.  根据用户选择将对应的内核读到内存,解压展开;然后内核开始初始化;初始化完成后需要读取根分区(根是一切的起点),这时候如果系统不是普通磁盘,是scsi或是raid形式时,就需要先加载相关的文件系统驱动来驱动该磁盘设备,从而读取根分区(鸡和蛋问题);这时候给内核提供了一个minilinux,即initrd,其中含有内核所需的一些基本模块驱动,该linux只在内存中运行。内核启动时展开该initrd来加载相应的驱动,在该驱动的补充之下从而挂载上根分区;
    4.  然后运行根分区脚本/sbin/init 来初始化系统;这个客户自行程序运行会读取初始化配置文件inittab:在其中顺序定义并运行的有1.默认的运行级别 2.默认的系统服务初始化脚本sysinit位置 3.各种运行级别;系统会根据默认的运行级别,来对应执行相应级别下的脚本,该处脚本是链接文件,链接到init.d中相对应的文件,真正运行的是init.d里的脚本)。

    注:
     rc N;表示用rc脚本去运行rc N.d目录下的脚本;rc脚本就是去执行所需级别脚本的功能脚本;
    目录下的文件均为脚本链接文件,指向/etc/rc.d/rcN.d/目录,并且命名时以S或K开头,后面跟上0-99的数字;S代表启动时执行;K代表关闭时执行;01-99代表启动或关闭的级别(数字越小越优先)
    5.  初始化结束前执行最后一个文件:/etc/rc.d/rc.local,系统会读取该脚本中的所有命令并执行一遍;但是该脚本只在启动时执行一次,系统关闭时不能执行,所以不要为了实现开机启动而将某些服务写入这个脚本,那样会造成服务关机时的非正常关闭;

   注:
  内核:模块化设计,大部分设备模块是在需要时加载驱动,并且大部分模块的驱动放置于根分区上。

 

 开机详细流程图: