linux 启动过程分析

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SunnyZhang的IT世界 2021-06-10 11:13:05

文章标签 Linux系统 Linux教程 文章分类 运维

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

由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/proc及USB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RAID与LVM等硬盘功能

10. 以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

由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

由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值	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。
	powerfail：当init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 当init接到断电的信号(SIGPWR)时，处理指定的进程，但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；