linux系统开机启动流程

在系统刚启动时，系统会主动的读取BIOS加载硬件信息以及进行硬件自我检测，并根据其中设定的取得第一个开机装置的MBR（主要启动记录区）中的boot loader（开机管理程序，例如grub）,然后开机管理程序就可以加载内核到内存当中解压缩并执行，此时内核就可以在内存中运行起来了。然后内核会去侦测所有硬件，如果不能识别某些硬件就需要加载硬件驱动程序来挂载根文件系统。此时内核就可以运行第一种程序init呢，等到init这只程序运行完毕后，整个linux运行环境已经准备完毕，只等待用户登入了。

可以将linux启动的流程分为如下几部：

1、读取BIOS加载硬件信息并进行自我检测

2、读取第一个可开机装置中MBR中的boot loader。

3、boot loader加载内核到内存当中解压缩并运行

4、内核侦测所有硬件信息，并加载相关硬件驱动程序来挂载根文件系统

5、运行/sbin/init这个程序，来管理用户空间的所有进程或服务

6、init这个程序运行完毕后，等待用户登入。

内核的设计风格

单内核：这种设计的内核是将许多模块直接编译到内核，因此该设计的内核容量比较大

微内核：这种设计的内核将许多的子功能设计成模块，所以当系统需要哪种功能是只需要加载相关的模块就可以了，因此这种设计的内核容量比较小。

而在kernel中的模块叫做kernel object(ko)

在由RedHat、SuSE设计的内核中是由核心和模块组成的，该核心可以加载内核模块完成相应功能。

我们知道内核要访问根文件系统才能访问磁盘上的/sbin/init这个程序，而要想访问根文件系统，那么根文件系统必须要挂载后才可以访问，而根文件系统的挂载就需要kernel来加载硬件驱动程序来识别磁盘，从而完成根文件系统的挂载。

一般说来，我们的硬件驱动程序或者其他功能模块是放在/lib/modules/`uname -r`/kernel/目录下的，所以这个驱动程序也是存放在磁盘上的，而kernel有无法识别硬盘，那么又如何加载相应的驱动程序呢？

这时候我们就需要借助initrd这个程序了。boot loader可以将这个文件加载到内存当中解压缩仿真成一个根目录，形成一个虚拟文件系统（ramdisk）。这个虚拟文件系统中包含了开机所需要的相关模块。通常这些模块是USB、RAID、LVM、SCSI等文件系统与磁盘接口的驱动程序。因此内核就可以加载这些相关模块，释放虚拟文件系统，从而能够识别磁盘。来实际完成根文件系统的挂载。根文件系统挂载后，那么kernel就可以重新运行/sbin/init这个程序了，完成用户空间的进程初始化。

在RHEL 5中虚拟文件系统使用initrd这个程序形成的

在RHEL 6中虚拟文件系统是由initramfs形成的

grub程序

从上面启动的过程中我们发现，linux的内核是通过开机管理程序（boot loader）来加载到内存中执行的。如果没有boot loader内核是无法被加载到内存当中，那么系统也就无法运行起来。所以boot loader就是整个系统启动过程中最重要的程序。目前最主流的boot loader就是grub这个程序了。

那么grub是如何完成内核加载的呢？

grub完成内核加载可分为2个阶段：

第一阶段：主要执行boot loader的主程序，这个程序放在MBR中

第二阶段：boot loader加载主要配置文件，这个配置文件为/boot/grub/grub.conf

其中主要包括的信息如下：

default=0:设定默认启动的title编号，从0开始

timeout=5：等待用户的超时时长（如果没有按键盘的话），单位为秒

splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xmp.gz

hiddenmenu:隐藏选单菜单

title Red Hat Enterprise Linux Server (2.6.18-308.el5):内核标题或者操作系统名称，可以自由修改。

    root（hd0,0） #表示内核所在的设备，对于grub而言，所有类型的硬盘一律为hd，所以设备格式为hd(#,N),其中#表示第几个硬盘，最后的N表示这个磁盘上的第几个分区。默认数字都是从0开始的。

    kernel  /vmlinuz-2.6.18-308.el5 ro root=LABEL=/ rhgb quiet  #内核文件所在的路径，以及传递给内核的参数；如果/boot没有独立分区，那么此时的路径为/boot/vmlinuz*   

    initrd /initrd-2.6.28-308-el5.img    #ramdisk文件路径，其中2.6.18-308.el5为内核版本，可以使用uname -r来查看

在/proc目录下，有一个文件叫做cmdline这个文件是用来保存kernel的参数的。

而在/pooc/目录下的每一个进程目录下，也有一个cmdline文件，这个文件是该进程启动时执行的命令。

如何修复grub

当某个磁盘上的grub遗失或者grub损坏了，系统无法正常启动，所以这时需要修复grub文件了。

使用如下命令来修复：

当grup损坏时，系统重新启动后会进入grub shell中，再在环境下输入如下命令即可正常启动系统。

grub> find (hd#,N)   / （然后按tab键，如果显示出了内核文件，则表示内核就在该磁盘上）。   

grub> root (hd#,N)        #这里是kernel所在磁盘。

grub> kernel /path/to/kernel_file  #指定内核的文件路径。

grub> initrd /path/to/initrd_file  #指定initrd文件所在路径。

grub> boot                #启动系统

例如：

等系统正常启动后，在手动生成一个文件/boot/grub/grub.conf，那么下次启动后就可以正常开机了。

如何安装grub

有2种安装grub方式

第一种：直接输入grub命令进入grub shell中去

例如：grub

grub> root (hd0,0) #这里指定内核所在的磁盘

grub> setup (hd0)  #这里grub程序指定安装在哪个磁盘上

grub> quit         #退出grub

第二种安装方式，在当前主机上安装grub程序到其他硬盘上

使用grub-install --root-directory=/path/to/boot's_parent_dir /path/to/device

其中--root-directory=/path/to/boot's_parent_dir为boot的父目录

/path/to/device：为指定的磁盘上面安装grub

linux的系统级别

系统的运行级别：从0-6共7个级别，不同的级别启动的服务不一样

    0：用于halt关闭系统

    1：single user mode单用户模式，在该级别下，用户可以直接以管理员身份切换，而且不需要密码，

        其中s,S,single都表示为单用户模式，该模式是用来维护系统的

    2：multi user mode ，no NFS表示多用户级别，但是该级别下无NFS功能

    3：multi user mode ，text mode该模式就是我们常说的文本模式

    4：reserved保留

    5：multi user mode，grapic mode我们常说的图形化模式

    6：reboot用于重启系统

为grub程序设置密码

我们知道在系统刚启动时，会显示一个grub页面，在该页面下，可以使用一些命令如e就可以编辑内核参数和命令，而如果我们没有给他们设定密码的话，那么所有的人都可以修改内核的参数和命令，或者更严重的可以修改管理员密码，这对于系统来说是不安全的。

使用grub-md5-crypt可以为grub程序设定密码，然后在将此命令下生产的密码字符串放在grub.conf中

例如：

其中password这一行，就是我们设定的密码，如果想要修改某些参数，必须先得输入密码才可以。

如果password这一行放在title下面，那么表示的意思就是grub在加载内核时，必须先输入密码，才可以加载内核。

如何进入单用户模式？

在系统运行到上图这个页面时，首先输入p在输入设定的密码，就可以使用e来编辑内核的参数了，在内核的参数后面加上s或S或single等字符串，在输入Enter键，最后输入b就可以进入单用户模式了。单用户模式一般用于维护系统。

此处就是单用户模式了。

init的配置文件为/etc/inittab

其中每一部分的信息表示的意思为：

id:3:initdefault:  #表示该系统默认运行的等级为3

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit  #表示系统初始化

    /etc/rc.d/rc.sysinit主要完成的任务包括如下几部分：

            1、激活udev和selinux

            2、根据/etc/sysctl.conf来设置内核参数

            3、设置时钟

            4、装载键盘映射

            5、启动交换分区

            6、设定主机名

            7、进行根文件系统检测，并以读写方式创新挂载

            8、激活RAID和LVM设备

            9、启动磁盘配额

            10、根据/etc/fstab来挂载其他文件系统

            11、清理过期的锁和PID文件

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0

l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

#这里的每一行可以使用id:runlevels:action:process来表示

#这里的每一行都是用冒号来分成四段的，每一段表示的意思为：

第一段表示运行等级的id

第二段表示系统运行的等级

第三段表示系统在什么情况下要执行此行

第四段表示系统运作的程序，通常都是一些脚本

        其中/etc/rc.d/rc文件中的脚本信息大概为：

        #!/bin/bash

        #关闭某个运行级别所对应目录下的K*文件

        for STOP in /etc/rc$1.d/K*;do
            $STOP  stop
        done
        #开启某个运行级别所对应目录下的S*文件
        for START in /etc/rc$1.d/S*;do
            $START start
        done

        

其中action（第三段信息）可以有这些：

        initdefault：设定默认运行级别

        sysinit：执行系统初始化

        wait:等待级别切换到此级别时执行

        respawn:一旦程序终止会立即重新启动

其中/etc/rc.d/rc 3表示在某个级别下要执行的脚本的信息，后面的数字[0-6],表示运行这个脚本时的参数，也就是$1.

以/etc/rc.d/rc 3为例来说明：通过$1也就是3来取得要执行的脚本目录，即/etc/rc$1.d/

(这里是/etc/rc3.d/)这个目录，这个目录下存放着许多的K*和S*文件。

在切换到指定的级别下时，K*文件先关闭，然后在启动S*文件，这些文件都是系统服务，且也是链接文件，真正的服务文件存在/etc/init.d/或者/etc/rc.d/init.d/这个目录下。

每个文件由两位数字##组成，这个数字表示的是服务启动或关闭的优先顺序，数字越小，越优先选定。  

我们知道这些以S*命名的文件和以K*命名的文件，在切换到指定的级别下时，会启动以S*命名的服务和会终止以K*命名的服务。而这些文件都是连接文件，他们都是指向/etc/init.d/或者/etc/rc.d/init.d/目录下的文件，这些文件都是脚本文件。

在这些脚本文件中，都包含特定的2行，这两行的内容为：

# chkconfig:runlevel SS KK

# discription:string...

虽然这两行是批注内容，但是使用chkconfig命令时，是会读取这两行内容的。

其中chkconfig这一行的意思为：当使用chkconfig命令为某个脚本创建链接时，会在指定级别（runlevel）下创建以S开头的文件，且S开头的文件的启动优先级为SS，而在除此之外的级别下，创建以K开头的文件，且以K开头的文件的关闭优先级为KK。其中如果runlevel为"-"时，表示任何级别下默认没有S开头的链接文件

例如：irda这个程序在所有级别下都没有S开头的链接文件

第二行也就是description这一行为描述这个脚本的功能

如何使用chkconfig命令为某个脚本创建链接文件呢？

chkconfig语法格式：

chkconfig --list :查看所有的独立守护进程的启动设定

chkconfi --list service_name :查看某个特定的脚本或者服务的启动设定

chkconfig --add service_name:为某个特定的脚本或者服务创建链接

注意：（创建的链接是根据脚本中chkconfig这一行的设定来创建的，且这个脚本要位于

/etc/rc.d/init.d/或者/etc/init.d/目录下。这两个文件是软链接文件）

chkconfig --del service_name:为某个特定的脚本或者服务删除链接

chconfig [--level RUNLEVEl] service_name {on|off}

    设定某个服务在某个运行级别下自动开机启动或者关闭

    如果省略运行级别[--level RUNLEVEl]，则默认为2345级别

说明：使用chkconfig启动的服务或者关闭的服务只在下次开机才会生效

例如：创建一个Myservice文件，让他在345级别下创建S开头的链接，在其他级别下创建K开头的链接

其中/etc/rc.local是一个脚本文件，是在系统最后才执行的一个脚本文件。

如果想让某些脚本或者命令每次开机自动执行，就可以在这个文件中增添相应的内容。

     

接着说/etc/inittab这个文件的内容

# Trap CTRL-ALT-DELETE

ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now

这一行表示的是使用ctrlaltdel可以重启系统

# UPS connected and working correctly.  

pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"
# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"
这两行表示的意思是当系统断电后，多少分钟后自动关机

后面一行的意思是当系统来电了，在还没有关机之前（前一行指定的时间内），取消自动关机

# Run gettys in standard runlevels

1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

这几行表示的意思是当tty1-tty6这几个终端使用logout终止时，会立刻重新启动该终端，等待用户输入。

我们常说的6个终端就是在这里指定的，如果不想要这么多终端，可以批注掉几行。

/sbin/mingetty:用来登入终端的，且会执行login这个程序，提醒用户输入用户名才可以登入进去

/sbin/agetty -n -l login_programe 38400 tty:在登入终端时，执行某些程序

        -n：表示不用输入用户名就可以直3接登入到系统中去

        -l login_programe:登入时执行的程序

# Run xdm in runlevel 5

x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon

这一行就是启动图形终端

总结/etc/inittab文件中的主要内容：

1、设定默认运行级别

2、运行系统初始化脚本

3、运行指定级别下对应目录下的脚本，所有的K*文件停止，所有的S*文件启动

4、设定Ctrl+Alt+Del组合键来重启系统

5、定义UPS在电源故障/恢复故障下的操作

6、启动虚拟终端

7、启动图形终端

总结系统开机流程：

BIOS（POST)-->MBR(boot loader)-->kernel-->initrd(加载开机所需的模块)-->加载/sbin/init这个程序

进程的类型

进程分为独立守护进程和瞬时守护进程

独立守护进程：这种类型的进程一直存在内存中，所以当客户端有请求时，该进程响应速度快，但是占用内存资源，一直处于监听状态。

瞬时守护进程：瞬时守护进程是由一个超级守护进程来管理的，这个超级守护进程叫做xinetd。超级守护进程一直处于监听状态。当客户端有请求时，超级守护进程负责呼叫它所管理的瞬时守护进程，当请求结束时，该进程在内存中将会释放，因此不会占用内存资源。但是由于只有发生请求时才生成进程并响应，因此该类进程响应速度慢。

瞬时守护进程是不需要关联运行级别的。而超级守护进程需要关联运行级别的，且一直存在内存当中。

例如：