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CentOS系统启动流程与grub

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本文主要讲述CenOS系统启动的整个流程。

对于CentOS系统来说,整个启动过程可分为4个阶段,分别是:加点自检,加载MBR,加载内核并执行初始化信息,初始化用户空间。下面就具体来描述每个过程都做了什么。

一.加点自检(power on system test,POST)

任何一种操作系统的启动,第一步必定是加点自检,主要功能是装载在硬件芯片CMOS之上的BIOS(Basic Input Output System)来实现,这个程序CMOS会根据CMOS上的配置信息去检测当前计算机是否具有启动系统的基本硬件能力,比如CPU,内存是否正常等等。

二.选择启动顺序,加载MBR

完成BIOS初始化之后,BIOS会列出一些可以启动的装置顺序,然后根据这个顺序去找对应的内核文件。但是由于不同系统的文件系统系统可能会不同,所以就有了一个叫做启动管理程序,来处理文件系统不同这些问题,而这个程序就叫做Booot Loader,它位于可以启动的第一块硬盘的MBR(Master Boot Record)中。MBR则是位于可以启动的硬盘的第一个扇区之内,Boot Loader还要完成操作系统的识别,加载核心文件的功能,当用户安装多个系统以后,还会提供一个让用户选择要启动的操作系统的菜单。因此当MBR被破坏以后,Boot Loader也会收到影响,进而就会导致无法启动系统。

三.加载内核Kernel,并执行系统初始化信息

当Boot Loader读取操作系统内核文件后,接下来就会将内核文件解压后装载到内存之中,并依据内核所提供的功能去测试设备。此时,内核程序还没加载到磁盘,也就是说此时系统还没有磁盘的驱动能力,那又如何加载位于磁盘上的内核文件呢?

linux采用了一种叫做虚拟文件系统(Initial RAM DISK)来解决这个问题,它的主要功能是:通过Boot Loader程序加载到内存中,然后这个文件就会被解压展开到模拟的根文件系统中,这个根文件系统能提供一个可运行的程序,通过这个程序加载核心的模块,完成之后,释放虚拟的文件系统,并挂载真实的根文件系统,完成根切换,之后就能执行正常的启动过程。

四.启动用户空间的第一个程序,初始化用户空间

1.完成以上三步之后,内核会呼叫用户空间的第一个程序:/sbin/init,这个程序会完成一系列的初始化操作,包括主机名设定,网络配置等操作,所有的这些操作都是在init的配置文件中定义的。因此init配置文件就至关重要。

对于CentOS5:其采用的是SysV init方式,通过脚本启动服务,有依赖关系的服务就会被串行启动,配置文件为/etc/inittab

对于CentOS6:采用Upstart方式进行,进程间的通信通过D-Bus进行,可以基本实现类似并行启动,配置文件为/etc/inittab,/etc/init/*.conf

对于CentOS7:采用了全新的Systemd方式,其特点是只有在服务第一次被启动才会真正启动,其配置文件为/usr/lib/systemd/*

2.init配置文件

在init配置文件中,尤为重要的一项是设置系统的默认运行级别,而在Linux之上,运行级别0-6七种级别,分别是:

0:关闭所有服务,然后关机 1:维护模式,也叫单用户模式,允许root用户可以不用密码直接登录系统 2:维护模式,也叫多用户模式,需要认证,会启动网络 3:正常级别,完全多用户模式,提供文本界面 4:预留级别,暂未使用 5:正常级别:完全多用户级别,提供图形节界面 6:关闭所有服务,重新启动

常看运行级别的方法:

runlevel 或者 who -r

切换运行级别的方法:

init run_level

在CentOS6中,/etc/inittab文件内容是:

# inittab is only used by upstart for the default runlevel.
#
# ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# System initialization is started by /etc/init/rcS.conf
#
# Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf
#
# Terminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,
# with configuration in /etc/sysconfig/init.
#
# For information on how to write upstart event handlers, or how
# upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).
#
# Default runlevel. The runlevels used are:
# 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
# 1 - Single user mode
# 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
# 3 - Full multiuser mode
# 4 - unused
# 5 - X11
# 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
id:3:initdefault:

定义的格式为:

id:runlevel:action:process,例如上述文件中的最后一行:id:3:initdefault:

因此init的整个处理流程为:

1.通过读取/etc/inittab文件来设定运行级别 2.使用/etc/rc.d/rc.sysinit来初始化系统 3.执行3级别下所设定的操作,并忽略其他级别设定的配置

从上面可以看到,初始化系统是根据/etc/rc.d/rc.sysinit进行的,这个脚本的主要的任务是:

1.根据/etc/sysconfig/network文件来设定主机名 2.打印文本欢迎信息 3.激活SELinux和udev 4.挂载/etc/fatab中定义的文件系统 5.激活swap设备 6.检测根文件系统 7.设置系统时钟 8.根据/etc/sysctl.conf文件来设定内核参数 9.激活LVM和RAID 10.加载驱动程序 11.清理操作

当内核设定运行级别以后,就要去完成对应级别下的操作,而这些级别对应下的任务是/etc/rc.$runlevle.d

/下的操作,不同级别下这些脚本被成为服务脚本,这些脚本决定如何开启或关闭服务,而具体的方式则是系统通过传递S参数来启动服务,传递K来关闭服务;这些服务脚本的定义规范为:

(1)至少接受四个参数:

start:启动服务 restart:重启服务 stop:停止服务 status:查看服务运行状态

(2)脚本的开头

#chkconfig :start_level start_prio stop_prio

#description:description information

这些脚本可以通过/etc/init.d/script_name {start|stop|status|restart}调用,也可以通过service script_name {start|stop|status|restart}调用

五.grub

1.在系统启动过程中,Boot Loader至关重要,然而Boot Loader处于MBR当中,MBR的大小是512bytes,只有其中的446bytes是用来存放Boot Loader的,为了解决存放Boot Loader的位置空间的大小问题,Linux将Boot Loader的程序分成三个阶段来运行,在Linux上,grub是使用最广泛的启动加载器:

stage1:

执行Boot Loader主程序,这必须安装在MBR中,而且没有安放Boot Loader相关的配置文件

stage1_5:

在MBR随后的分区存放,主要用于与stage2所在的文件系统进行交互

stage2:

通过Boot Loader加载所有配置文件及其相关的参数信息,而这些信息全都存放于/boot目录之下,这些配置文件主要包括:


CentOS系统启动流程与grub
device.map:定义grub的安装位置 e2fs_stage1_5:ext2文件系统定义 fat_stage1_5:fat文件系统定义 ffs_stage1_5:文件系统定义 grub.conf:grub的配置文件 iso9660_stage1_5:光驱的定义 jfs_stage1_5:jfs文件系统发的定义 menu.lst:链接文件 minix_stage1_5:文件系统的定义 reiserfs_stage1_5:reiser文件系统的定义 splash.xpm.gz:背景图片 stage1:stage1相关的信息 stage2:stage2相关的信息 ufs2_stage1_5:ufs文件系统的定义 vstafs_stage1_5:vfs文件系统的定义 xfs_stage1_5:xfs文件系统的定义

2.Linux一切皆文件,对grub的配置也不例外,其配置文件为/etc/grub.conf

(1)设置grub的方法一,直接修改其配置文件

# grub.conf generated by anaconda

#

# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file

# NOTICE: You have a /boot partition. This means that

# all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.

# root (hd0,0)

# kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda3

# initrd /initrd-[generic-]version.img

#boot=/dev/sda

default=0 #设定默认要启动的内核

timeout=5 #设定可供用户选择的超时时长

splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz #定义背景图片

hiddenmenu #隐藏选择菜单

title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64) #设定操作系统的名称

root (hd0,0) #设定要启动的内核所在的位置

kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=908a3c89-4592-4dc4-8dc2-b5261f7c0e83 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM.UTF-8rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet

initrd /init

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