Linux系统初始化流程：系统初始化相关基础知识

内核简介

• 内核的功能

  1. 进程管理：通过task_struct， scheduler 实现
  2. 内存管理
  3. I/O管理：中断以及中断处理
  4. 文件系统管理：ext3，ext4，xfs 等
  5. 驱动程序
  6. 安全相关：SELinux，各种加密库
  7. 通用软件，平台相关软件

• 内核设计流派

  1. 单内核：单一体系结构
     • linux 为单一内核
     • 模块化设计：核心+外围功能性模块
     • 外围模块：,ko结尾的 kernel object。通常在/lib/modules 下面的各目录中
     • 内核支持动态装在模块
  2. 微内核：多内核子系统 （windows, solaris)
  3. fork() 用户空间内核的管理:
     • init ：负责用户空间进程的管理
     • init ：PID 为1，第一个用户空间的任务
     • 所在目录： /sbin/init：

系统初始化流程

• POST：硬件开机自检，探测硬件设备，初始化内存，CPU等。
• BIOS：按照bios中的分区启动顺序启动
• MBR （Master Boot Record）：读取主引导记录
  • Boot loader ( 446 bytes )：用于加载内核并读取分区信息的程序
  • Partition Table ( 64 bytes )：分区记录
  • SA：MBR有效标志位
• kernel 装载：
  • bootloader 装载boot所在分区的内核到内存中，bootloader只有基本磁盘分区文件系统驱动，只能识别基本分区
  • initrd (centos5) /initramfs (centos6 )：内存模拟根文件系统，读取并装载真正根文件系统所需要的驱动
  • 真正根文件系统成功识别后，替换掉临时根文件系统
• init ：真正根文件系统挂载成功后，init将开始运行初始化用户空间的程序与服务
  • SysV 风格：Centos5 的init脚本
    1. 串行话：需按照依赖关系顺序初始化进程，A–B–C
    2. 前一个进程初始化完成后，才能初始化后一个
  • Upstart ：由ubuntu 研发
    1. dbus：可以在前一个进程启动一部分时就开始下一个进程启动
    2. 速度比SysV快
  • SystemD ：参考so x的初始化过程，速度更快

系统运行级别

• linux系统包含 0-6 共7个运行级别
  1. 0：关机
  2. 1：单用户模式，直接以root用户登陆，用户破译密码
  3. 2：多用户模式，不支持NFS文件系统
  4. 3：完全多用户模式，文本shell
  5. 4：预留级别
  6. 5：完全多用户模式，图形shell
  7. 6：重启
• SysV 风格的/sbin/init的配置文件, /etc/inittab， 每一行指定一种操作

1. id ： 操作的ID
2. runlevels：设置在哪些运行级别下执行此操作，不写为所有级别
3. action：[ACTION_CMD] 动作，指定如何进行操作的操作
   • initdefault：设置默认运行级别，无需定义操作
   • sysinit：指定系统初始化脚本例如：si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
   • wait：等到系统切换到次级别时运行一次
   • ctrlaltdel：指定组合件所执行的命令
   • respawn：当制定操作进程被关闭后立即再从启一次
4. process ：操作，具体运行的程序

init 命令的主要任务

• init 的主要任务：

  1. 设置默认运行级
  2. 指定系统运行的初始化脚本
  3. 启动指定级别下要启动的服务，开关闭需要停止的服务
     • /etc/init.d/：服务脚本所在位置
       
     • /etc/rc.d/rcN.d (0-6)/ ：不同级别下要操作的服务文件夹
       • S## 需要在##开启
       • K## 需要在##关闭
         
  4. 定义组合键CtrlAltDel的动作
  5. 初始化字符终端，对应设备为：
     • /dev/tty#, /dev/ttyS#, /dev/console, /dev/pts/#
     • 调用：login–>/etc/issue
  6. 启动图形中断：x-windows

• 系统初始化脚本的 /etc/rc.d/rc.sysinit

  1. 设置主机名
  2. 打印欢迎信息
  3. 激活SELinux和udev
  4. 激活swap
  5. 挂载/etc/fstab定义的本地文件系统
  6. 检测根文件系统并对其以读写方式重新挂载
  7. 设置系统时钟
  8. 装载键盘映射
  9. 根据/etc/sysctl.conf设置内核参数
  10. 激活RAID和LVM设备
  11. 清理操作

MBR （ Master Boot Record）中bootloader介绍

• MBR 中的 bootloader 程序
  • LILO：LInux LOder 早起的bootloader ：不能引导位于1024 Cylinder 以后分区中的os逐渐过时
  • GRUP：GRand Unified Bootloader ，启动时候有两个阶段
    1. 1st stage：位于MBR中， 为了引导2nd stage
    2. 1.5st stage ：位于boot基本磁盘分区中国，为识别内核文件所在的文件系统识别和拓展
    3. 2nd stage ：位于boot基本磁盘分区GRUB的引导程序
       • boot分区大小：CentOS5 100M, Centos6 200M
       • 所在目录： /boot/grub/ stage2的配置文件，grub.conf
• Grub的功能：
  1. 选择启动的内核或系统， 可以隐藏选择界面
     
  2. 提供交互式接口，e 进入编辑模式
     
  3. 基于密码保护
     • 启动内核映像时：定义在配置文件中相应的title下
     • 传递参数（进入编辑模式时）：定义在全局字段中
• grub接口：
• title：操作系统或者内核的标题
• root：设置内核文件所在的分区作为grub的跟，无论硬盘是什么，都以hd#.#表示
• kernel ：定义要使用的内核文件，后面可以附加传递
• initrd：指定为内核提供额外驱动等功能的ram disk或ram fs

• init 运行级别参数传递，级别为1时为单用户模式，用户密码修改

• 表示方法： 1,s,single,S

• 单用户模式几乎不会启动任何服务，且不需要用户登录，但是会执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本；
• 如是连/etc/rc.d/rc.sysinit文件也不加载，则传递 emergency
  单用户启动后，无需身份认证，直接root，此时可以进行设置密码的操作
  

• grub的配置文件，grub.conf 语法格式
  

title  
 root (hd0,0) 
     (Device,Part) :  
     Device 在grub中，统统以hd开头，并紧跟一个数字做各磁盘设备的标记，从0开始编号 
     Part 代表分区，从0开始编号 
 kernel ：指定内核文件以及传递给内核的参数 
     内核文件位置：/vmlinux (这里的根是boot目录) 
     参数：ro root=/path/to/DEVICE quiet 
 initrd ： 文件：通常为cpio归档，并使用gzip压缩；通常以.img作为文件名后缀； 
     /initrafs (这里的根是boot目录) 

• grub 的安装，如果MBR中签446bytes 损坏，则需要修复bootloader，通常需要系统启动盘，在紧急救援模式下进行，需要版本对应。以下以手工破坏MBR为例 演示，重启后，系统已经无法挂载
  

第一种方式：插入系统光盘后以紧急救援模式启动，如果分区信息没有损坏原系统根目录会自动挂在到/mnt/sysimage

        chroot /mnt/sysimage
        grub-install --root-directory=/ /dev/sda

        这里的–root-directory 变量应该指向boot目录的上一层目录， 后面接需要安装bootloader的硬盘设备

第二种方式： 直接进入grub命令行接口进行安装

    chroot /mnt/sysimage
    grub ## 进入grub 命令行接口
    grub> root (hd#,#)
    grub> setup (hd#)
    grub> quit