Linux 操作系统的引导过程

基础5个步骤
QQ截图20211116223234.png

1.开机自检

  • 当服务器开机时,会进行开机自检,检测硬件设备比如CPU、内存、显卡、键盘等设备是否有故障,无故障便会根据预设的开机启动顺序,移交系统控制权,正常情况下为本机硬盘。
  • ==总结:检测出第一个能够引导系统的设备,比如硬盘或者光驱==

2.MBR 引导

  • 当从本机硬盘中启动系统时,首先根据硬盘第一个扇区中MBR(主引导记录)的设置,将系统控制权传递给包含操作系统引导文件的分区;或者直接根据MBR 记录中的引导信息调用启动菜单(如 GRUB)。
    MBR大小为512字节,存放预启动信息,分区表等信息。
  • ==总结:运行放在MBR扇区里的启动GRUB引导程序==

    3.GRUB 菜单

  • 对于Linux操作系统来说,GRUB(统一启动加载器)是使用最为广泛的多系统引导器程序。系统控制权传递给GRUB以后,将会显示启动菜单给用户选择,并根据所选项(或采用默认值)加载Linux内核文件,然后将系统控制权转交给内核。
    CentOS 7 采用的是 GRUB2 启动引导器。
    GRUB是MBR程序的前446字节。
  • ==总结:GRUB引导程序通过读取GRUB配置文件/boot/grub2/grub.cfg,来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置==

    4.加载 Linux 内核

  • Linux内核是一个预先编译好的特殊二进制文件,介于各种硬件资源与系统程序之间,负责资源分配与调度。内核接过系统控制权以后,将完全掌控整个Linux操作系统的运行过程。
    CentOS 7系统中,默认的内核文件位于“/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64”。
  • ==总结:把内核和镜像文件系统加载到内存中==

5.init 进程初始化

  • 内核被加载后,第一个运行的程序就是“/sbin/init”(运行中的程序称为进程),init 进程负责完成整个系统的初始化,最后等待用户进行登录。
  • ==总结:加载硬件驱动程序,内核把init进程加载到内存中运行==

传统sysvinit依赖于串行执行 Shell 脚本启动服务,导致效率低下,系统启动速度较慢
systemd能够将更多的服务进程并行启动,并且具有提供按需启动服务的能力,使得启动更少进程,从而提高系统启动速度。


系统初始化进程

init进程

  • 由Linux内核加载运行 /sbin/init 程序
  • init 进程是系统中第一个进程,是所有进程的父进程
  • init进程的PID (进程标记)号永远为1

Systemd

  • Systemd是Linux操作系统的一种 init 软件
  • CentOS7中采用全新的Systemd启动方式,取代传统的SysVinit
  • CentOS7中运行的第一个 init 进程是 /lib/systemd/systemd

传统sysvinit和systemd的对比

名称 启动方式 效率 启动速度
传统sysvinit 依赖于串行执行 Shell 脚本启动服务(各个文件间有依赖关系,按依赖关系启动,分先后顺序) 所有服务都启动,导致效率低下 系统启动速度较慢
systemd 将更多的服务进程并行启动(先忽略依赖关系,同时启动,待相应的依赖软件启动后,在建立依赖关系) 提供按需启动服务的能力,使得启动更少进程,效率高 系统启动速度快

Systemd单元类型

单元类型 扩展名 说明
==Service== .service 描述一个系统服务
==Socket== .socket 描述一个进程间通信的套接字(IP端口)
Device .device 描述一个内核识别的设备文件
Mount .mount 描述一个文件系统的挂载点
Automount .automount 描述一个文件系统的自动挂载点
Swap .swap 描述一个内存交换设备或交换文件
Path .path 描述一个文件系统中文件或目录
Timer .timer 描述一个定时器(用于实现类似cron的调度任务)
Snapshot .snapshot 用于保存一个systemd的状态
Scope .scope 使用systemd的总线接口以编程的方式创建外部进程
Slice .slice 描述居于Cgroup的一组通过层次组织的管理系统进程
==Target== .target 描述一组systemd的单元

运行级别所对应的Systemd目标

init运行级别 systemd的target 说明
0 target 关机状态,使用该级别时会关闭主机
1 rescue.target 单用户模式,不需要密🐎验证即可登录系统,多用于系统维护
2 multi-user.target 用户定义/域特定运行级别,默认等同于3,相对于3,没有网络
3 multi-user.target 字符界面的完整用户模式,大多数服务器主机运行在此级别
4 multi-user.target 用户定义/域特定运行级别,在centos6中默认不使用,做保留,到centos7中等同于3
5 graphical.target 图形界面的多用户模式,提供了图形桌面操作环境
6 reboot.target 重新启动,使用该级别时将会正常关闭并重启主机

MBR扇区故障

故障分析

1.故障原因

  • 病du、木ma等造成的破坏
  • 不正确的分区操作、磁盘读写误操作

2.故障现象

  • 找不到引导程序,启动中断
  • 无法加载操作系统,开机后黑屏

3.解决思路

  • 应提前作好备份文件
  • 以安装光盘引导进入急救模式
  • 从备份文件中恢复

模拟MBR扇区故障并修复

  • MBR位于第一块硬盘(/dev/sda)的第一个物理扇区处,总共512字节

1.备份MBR 扇区数据到其它磁盘(/dev/sdb1)

mkdir /backup
mount /dev/sdb1 /backup
dd if=/dev/sda of=/backup/mbr.bak bs=512 count=1

2.模拟破坏MBR引导扇区

dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=512 count=1

3.引导界面进入急救模式,从备份文件中恢复MBR 扇区数据

先加载好光盘镜像,重启操作系统,
当出现安装向导界面时,选择“Troubleshooting”选项,
再选择“Rescue a CentOS Linux system”选项,进入急救模式
选择“1”选择 Continue并按 Enter 键继续
再次按 Enter 键后将进入带“sh-4.2#”提示符的 Bash Shell 环境
sh-4.2# mkdir /backupdir
sh-4.2# mount /dev/sdb1 /backupdir              #挂载带有备份文件的分区
sh-4.2# dd if=/backupdir/mbr.bak of=/dev/sda    #恢复备份数据
sh-4.2# exit                                    #执行exit命令退出临时Shell 环境,系统将会自动重启

1.png

2.png

3.png

4.png

5.png

6.png

7.png

8.png😎


GRUB引导故障

故障分析

1.故障原因

  • MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
  • grub. cfg 文件丢失、引导配置有误(centos7文件所在位置/boot/grub2/grub. cfg)

2.故障现象

  • 系统引导停滞,显示 “grub>” 提示符

3.解决思路

  • 尝试手动输入引导命令
  • 进入急救模式,重写或者从备份中恢复grub.conf
  • 向MBR扇区中重建grub程序

修复GRUB 引导故障

方法一:手动输入引导命令(笨拙繁琐,不建议使用)

/boot/grub/            #目录下的包是用于启动菜单的背景图片及样式
/boot/grub2/grub.cfg    #GRUB配置文件

grub> insmod xfs                    #加载指定的模块到内核
grub> linux16 /vmlinuz-3.10.0-693.el7.x86_64 root=UUID=xxxxxx ro rhgb quiet LANG=zh_CN.UTF-8     #内核的名字及位置等信息
grub> initrd16 /initramfs-3.10.0-693.el7.x86_64.img     #镜像系统文件
grub> boot                          #引导boot

方法二:进入急救模式,恢复GRUB引导程序

  • MBR位于第一块硬盘(/dev/sda)的第一个物理扇区处,总共512字节,前446字节是主引导记录,分区表保存在MBR扇区中的第477-510字节中,所以这里备份前446字节,保留之前的分区表。
    mkdir /bak
    mount /dev/sdb1 /bak
    dd if=/dev/sda of=/bak/grub.bak bs=446 count=1
  • 模拟对MRB中的GRUB引导程序的破坏,但并不破坏分区表
    dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=446 count=1  
  • 引导界面进入急救模式,从备份文件中恢复GRUB引导程序
    sh-4.2# mkdir /backupdir
    sh-4.2# mount /dev/sdb1 /backupdir  
    sh-4.2# dd if=/backupdir/grub.bak of=/dev/sda   
    sh-4.2# exit

    方法三:引导界面进入急救模式,重建GRUB菜单配置文件

    这种方法一般处理/boot/grub2/grub. cfg 文件丢失或引导配置有误的情况。

  • 删除grub.cfg文件,模拟故障
    rm -rf /boot/grub2/grub.cfg
  • 进入急救模式,加载系统镜像,切换到系统根环境
    sh-4.2# chroot /mnt/sysimage 
  • 重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘(/dev/sda)的MRB扇区
    bash-4.2# grub2-install /dev/sda  
  • 重新构建GRUB菜单的配置文件
    bash-4.2# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg  
  • 退出chroot 环境,并重启
    bash-4.2# exit
    sh-4.2# reboot

    方法3得小实验:
    11.png

12.png

13.png

14.png

15.png

16.png

17.png


遗忘 root 用户的密🐎

遗忘密🐎分析

1.故障原因

  • 遗忘root用户的密🐎

2.故障现象

  • 无法进行需要root权限的管理操作
  • 若没有其他可用帐号,将无法登录系统

3.解决思路

  • 进入急救模式,重设密🐎

    重设root 用户的密🐎

    sh-4.2# chroot /mnt/sysimage     #进入急救模式,加载系统镜像,切换到系统根环境
    bash-4.1# passwd root            #重设 root 用户密🐎

21.png

22.png

23.png

24.png

25.png


系统服务控制

格式

systemctl 控制类型 服务名称

常用控制类型

类型 说明
start 启动
stop 停止
restart 重新启动
reload 重新加载
status 查看服务状态

1.png


linux的运行级别

查看运行级别

命令 说明
runlevel命令 只能查看切换运行级别与当前运行级别
systemctl工具 能查看默认的运行级别
  • systemctl get-default 查看系统默认的运行级别

runlevel的玩法:
2.png
3.png
4.png
5.png

临时切换运行级别

命令 说明
init命令 init命令参数是运行级别所对应的数字
systemctl工具 systemctl的命令参数是具体的target

11.png

设置永久运行级别

  • 第一种方法:
    ln -sf /lib/systemd/system/命令级别(.target) /etc/systemd/system/命令级别(.target)
    举例:ln -sf /lib/systemd/system/multi-user.target /etc/systemd/system/default.target     #把字符界面的多用户设置为默认运行级别

    12.png

  • 第二种方法:
    13.png
    systemctl set-default 命令级别(.target)
    举例:systemctl set-default multi-user.target     #把字符界面的多用户设置为默认运行级别

    优化启动过程

    ntsysv工具

  • 提供一个交互式、可视化窗口
  • 可以在字符终端运行
  • 便于集中管理多个服务
  • 用于控制服务是否开机自启动

systemct/chkconfig 工具

  • 不提供交互式、可视化窗口
  • 管理单个服务效率更高
命令格式 用法
systemctl is-enabled 服务名称 查看系统服务的开机自启动状态
systemctl enable 服务名称 设置系统服务:开机自启动
systemctl disable 服务名称 设置系统服务:开机不启动
  • chkconfig工具(只在centos7有效)
    1.在/etc/init.d目录中添加http的服务
    2.添加脚本文件
    ls /etc/init.d/httpd     # /etc/init.d/目录下必须有启动脚本
    chkconfig --add httpd    # 添加服务,以便让chkconfig指令管理它
    chkconfig httpd on       # 设置开机运行该服务,默认是设置2345等级开机运行服务
    chkconfig --list                 # 列出所有被chkconfig管理的服务
    chkconfig --add httpd            # 添加指定的服务,让chkconfig指令管理它
    chkconfig --del httpd            # 删除指定的服务,不再让chkconfig指令管理它
    chkconfig httpd on               # 设置开机运行服务,需要先执行 --add 才能执行该命令
    chkconfig httpd off              # 设置开机不运行服务,需要先执行 --add 才能执行该命令
    chkconfig --level 35 httpd on    # 设置服务在等级3和5时开机运行服务,默认是设置2345等级开机运行服务

    31.png
    50.png
    51.png

52.png


系统服务的启动和控制

ntsysv系统服务管理工具

ntsysv
ntsysv --level 级别列表
  • 按空格键标志服务选项
  • 按↑、↓键切换服务选项
  • 按tab键切换光标
    21.png
    22.png🎈

系统服务的启动和控制

  • 查看系统服务的启动状态

    systemctl is-enabled 服务名称

    23.png

  • 服务名称设置系统服务的启动状态
    systemctl enable 服务名称       #开启开机自启动
    systemctl disable 服务名称       #关闭开机自启动

    24.png

🈶㊙

  • 一条命令完成时候需要自启项,不需要重启
    systemctl enable --now firewalld.service      立马开启防火墙自启动
    systemctl disable --now firewalld.service     立马关闭防火墙自启动

    66.png


题外话 ㊙

1.永久修改主机名:hostnamectl set-hostname 新主机名
查看主机名状态:hostnamectl status
2.设置语言味中文:localectl set-locale LANG=zh_CN.utf8
查看当前系统使用的语言:localectl [status]
3.查看系统启动耗时:systemd-analyze