1. Linux 操作系统的引导过程

  1.1 引导过程总览

  1.2 引导过程详解

  1.3 SysVinit 和 Systemd 的区别

2. 系统初始化进程

  2.1 init 进程

  2.2 Systemd

  2.3 Systemd 单元类型

  2.4 运行级别所对应的 Systemd 目标

3. 系统服务控制

  3.1 控制类型

  3.2 Linux 系统的运行级别

  3.3 优化启动过程

  3.4 系统服务的启动和控制

4. 实验1:修复 MBR 扇区故障

5. 实验2:修复 GRUB 引导故障

6. 实验3:遗忘 root 用户密码

 

 

 

 

1. Linux 操作系统的引导过程

  1.1 引导过程总览

 

Linux 系统引导过程与服务控制_系统服务

 

 

  1.2 引导过程详解

 

  • 1. 开机自检(BIOS)

    服务器主机开机以后,将根据主板BIOS中的设置对CPU (Central Processing Unit,中央处理器)、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测,检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权,大多时候会移交给本机硬盘。

    (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 (Master Boot Record,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 )。

    (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 (GRand Unified Bootloader,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。需要注意的是,CentOS 7采用的是GRUB2启动引导器。

    (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. 加载内核(Kernel)

    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。在 CentOS 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

    为了完成进一一步的系统引导过程,Linux 内核首先将系统中的“/sbin/init程序加载到内存中运行(运行中的程序称为进程),init 进程负责完成一系列的系统初始化过程,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

 

  1.3 SysVinit 和 Systemd 的区别

 

  • 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。
  • SysVinit vs Systemd,命令比较:

 


命令用途

SysVinit命令

Systemed命令

服务启动

service 服务名 start

systemd start 服务名.service (.service可省略,后同)

服务停止

service 服务名 stop

systemctl stop 服务名

服务重启

service 服务名 restart

systemctl restart 服务名

服务重新加载

service 服务名 reload

systemctl reload 服务名

服务状态确认

service 服务名 status

systemctl status 服务名

服务开机启动设定

chkconfig 服务名 on


systemctl enable 服务名


取消服务开机启动设定

chkconfig 服务名 off

systemctl disable 服务名

确认服务开机启动设定状态

chkconfig 服务名

systemctl is-enabled 服务名

加载服务配置文件

chkconfig 服务名 -add

systemctl deamon-reload

关机

halt

systemctl halt

关机(电源)

poweroff

systemctl poweroff

重启

reboot

systemctl reboot

休眠

pm-hibernite

systemctl hibernate

挂起

pm-suspend

systemctl suspend


 

2. 系统初始化进程

  2.1 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。

 

  2.2 Systemd

  • Systemd 是 Linux 操作系统的一种 init 软件;
  • CentOS 7 中采用全新的 Systemd 启动方式,取代传统的 SysVinit;
  • CentOS 7 中运行的第一个 init 进程是 /lib/systemd/systemd。

 

  2.3 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:port,ip加端口)

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的文件或目录

Timer

.timer

描述一个定时器(用于实现类似 corn 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


 

  2.4 运行级别所对应的 Systemd 目标

 


运行级别

Systemd 的 Target

init 命令

说明

0

target

init 0

关机状态,使用该级别时将会关闭主机

1

rescue.target

init 1

单用户模式,不需要密码验证即可登录系统,多用于系统维护

2

multi-user.target

init 2

用户定义/域特定运行级别,默认等同于3

3

multi-user.target

init 3

字符界面的完整多用户模式,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,默认等同于3

5

graphical.target

init 5

图形界面的多用户模式,提供了图形桌面操作环境

6

reboot.target

init 6

重新启动,使用该级别时将会重启主机


 

3. 系统服务控制

  3.1 控制类型

  • 命令行格式

Linux 系统引导过程与服务控制_加载_02

  • 控制类型:

    start:启动;

    stop:停止;

    restart:重新启动;

    reload:重新加载;

    status:查看服务状态;

    ......

 

  3.2 Linux 系统的运行级别

 

    (1)查看运行级别:

 

  • runlevel命令(查看切换之前的运行级别与当前运行级别,N表示之前没有切换)
  • systemctl工具(查看默认的运行级别、设置永久运行级别)

 

Linux 系统引导过程与服务控制_linux_03

 

 

Linux 系统引导过程与服务控制_加载_04

 

    (2)临时切换运行级别:

 

  • init命令(命令参数是运行级别所对应的数字)
  • systemctl工具(命令参数是具体的Target)

 

  3.3 优化启动过程

 

    (1)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

 

Linux 系统引导过程与服务控制_运行级别_05

 

 

Linux 系统引导过程与服务控制_linux_06

 

 

    (2)systemctl / chkconfig 工具

 

  • 不提供交互式、可视化窗口
  • 管理单个服务效率更高
  • 命令行格式

    chkconfig --list [ 服务名称 ]

    chkconfig --add 服务名称

    chkconfig --level 级别列表 服务名 on/off

 

    (3)其他命令

 

  • 永久修改主机名

 

Linux 系统引导过程与服务控制_系统服务_07

 

 

 

  • 设置系统语言为中文

 

Linux 系统引导过程与服务控制_文件系统_08

 

 

  • 查看当前系统使用的语言

 

Linux 系统引导过程与服务控制_文件系统_09

 

 

  • 查看主机名的状态

Linux 系统引导过程与服务控制_加载_10

 

 

  • 查看系统启动耗时

Linux 系统引导过程与服务控制_系统服务_11

 

 

 

 

  3.4 运行级别所对应的 Systemd 目标

 

  • 查看系统服务的启动状态

 

Linux 系统引导过程与服务控制_加载_12

  • 设置系统服务的启动状态

 

Linux 系统引导过程与服务控制_linux_13

 

 

4. 实验1:修复 MBR 扇区故障

 

    (1)故障原因:

  • 病毒、木马等造成的破坏
  • 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:

  • 提前做好备份文件
  • 用安装光盘引导进入急救模式
  • 从备份文件中恢复

 

5. 实验2:修复 GRUB 引导故障

 

    (1)故障原因:

  • MBR 中的 GRUB 引导程序遭到破坏
  • grub.conf 文件丢失、引导配置有误

    (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

6. 实验3:遗忘 root 用户密码

 

    (1)故障原因:

  • 遗忘 root 用户的密码

    (2)故障现象:

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

    (3)解决思路:

  • 进入急救模式,重设密码