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簡要分析linux系統(tǒng)的啟動過程

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接觸linux系統(tǒng)運維已經(jīng)好幾年了,常常被問到linux系統(tǒng)啟動流程問題,剛好今天有空來梳理下這個過程:
一般來說,所有的操作系統(tǒng)的啟動流程基本就是:

總的來說,linux系統(tǒng)啟動流程可以簡單總結(jié)為以下幾步:

1)開機BIOS自檢,加載硬盤。
2)讀取MBR,進行MBR引導(dǎo)。
3)grub引導(dǎo)菜單(Boot Loader)。
4)加載內(nèi)核kernel。
5)啟動init進程,依據(jù)inittab文件設(shè)定運行級別
6)init進程,執(zhí)行rc.sysinit文件。
7)啟動內(nèi)核模塊,執(zhí)行不同級別的腳本程序。
8)執(zhí)行/etc/rc.d/rc.local
9)啟動mingetty,進入系統(tǒng)登陸界面。

linux系統(tǒng)安裝時,如果要想設(shè)置開啟啟動項,可以:
開機到BIOS提醒界面,按鍵F11(Dell服務(wù)器的做法)進入BIOS設(shè)置BOOT MENU,繼而設(shè)置啟動項:硬盤HD啟動,光盤CD/DVD啟動,還是U盤USB啟動。

下面就linux操作系統(tǒng)的啟動過程做一詳細解析記錄:

加載內(nèi)核

操作系統(tǒng)接管硬件以后,首先讀入 /boot 目錄下的內(nèi)核文件。

[root@bastion-IDC ~]# ll /boot/
total 21668
-rw-r--r--. 1 root root  105195 Nov 22 2013 config-2.6.32-431.el6.x86_64
drwxr-xr-x. 3 root root   1024 Aug 22 16:31 efi
drwxr-xr-x. 2 root root   1024 Aug 22 16:32 grub
-rw-------. 1 root root 15217153 Aug 22 16:32 initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img
drwx------. 2 root root  12288 Aug 22 16:24 lost+found
-rw-r--r--. 1 root root  193758 Nov 22 2013 symvers-2.6.32-431.el6.x86_64.gz
-rw-r--r--. 1 root root 2518236 Nov 22 2013 System.map-2.6.32-431.el6.x86_64
-rwxr-xr-x. 1 root root 4128368 Nov 22 2013 vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64

啟動初始化進程

內(nèi)核文件加載以后,就開始運行第一個程序 /sbin/init,它的作用是初始化系統(tǒng)環(huán)境。

由于init是第一個運行的程序,它的進程編號(pid)就是1。其他所有進程都從它衍生,都是它的子進程。

確定運行級別

許多程序需要開機啟動。它們在Windows叫做"服務(wù)"(service),在Linux就叫做"守護進程"(daemon)。
init進程的一大任務(wù),就是去運行這些開機啟動的程序。但是,不同的場合需要啟動不同的程序,比如用作服務(wù)器時,需要啟動Apache,用作桌面就不需要。Linux允許為不同的場合,分配不同的開機啟動程序,這就叫做"運行級別"(runlevel)。也就是說,啟動時根據(jù)"運行級別",確定要運行哪些程序。

Linux預(yù)置七種init運行級別(0-6):

0:關(guān)機模式 (相當(dāng)于poweroff)
1:單用戶模式(破解root密碼)
2:無網(wǎng)絡(luò)支持的多用戶模式
3:有網(wǎng)絡(luò)支持的多用戶模式(也就是文本模式,工作中最常用的模式)
4:保留,未使用
5:有網(wǎng)絡(luò)支持的X-windows支持多用戶模式(也就是桌面圖形模式)
6: 重新引導(dǎo)系統(tǒng),即重啟 (相當(dāng)于reboot)

init進程首先讀取文件 /etc/inittab,它是運行級別的設(shè)置文件。

如果打開它,可以看到第一行是這樣的:

[root@bastion-IDC ~]# cat /etc/inittab
....
id:3:initdefault:

initdefault的值是3,表明系統(tǒng)啟動時的運行級別為3。如果需要指定其他級別,可以手動修改這個值。
那么,運行級別3有哪些什么程序呢,系統(tǒng)怎么知道每個級別應(yīng)該加載哪些程序呢?
答案是每個運行級別在/etc目錄下面,都有一個對應(yīng)的子目錄,指定要加載的程序。

  /etc/rc0.d
  /etc/rc1.d
  /etc/rc2.d
  /etc/rc3.d
  /etc/rc4.d
  /etc/rc5.d
  /etc/rc6.d

上面目錄名中的"rc",表示run command(運行程序),最后的d表示directory(目錄)。下面讓我們看看 /etc/rc3.d 目錄中到底指定了哪些程序。

[root@bastion-IDC ~]# ll /etc/rc3.d/
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Aug 22 16:30 K10saslauthd -> ../init.d/saslauthd
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Aug 22 16:47 K15svnserve -> ../init.d/svnserve
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Aug 23 16:21 K25squid -> ../init.d/squid
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Dec 23 13:14 K45memcached -> ../init.d/memcached
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Aug 22 16:30 K50netconsole -> ../init.d/netconsole
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Dec 21 17:45 K60nfs -> ../init.d/nfs
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Dec 21 17:45 K69rpcsvcgssd -> ../init.d/rpcsvcgssd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Nov 24 14:45 K75ntpdate -> ../init.d/ntpdate
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Aug 22 16:31 K87multipathd -> ../init.d/multipathd
lrwxrwxrwx. 1 root root 21 Aug 22 16:30 K87restorecond -> ../init.d/restorecond
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Aug 22 16:30 K89rdisc -> ../init.d/rdisc
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Aug 22 16:31 S02lvm2-monitor -> ../init.d/lvm2-monitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Aug 22 16:31 S07iscsid -> ../init.d/iscsid
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Aug 22 16:30 S08ip6tables -> ../init.d/ip6tables
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Aug 22 16:30 S08iptables -> ../init.d/iptables
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Aug 22 16:30 S10network -> ../init.d/network
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Aug 22 16:31 S11auditd -> ../init.d/auditd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Aug 22 16:30 S12rsyslog -> ../init.d/rsyslog
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Dec 21 17:45 S13iscsi -> ../init.d/iscsi
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Dec 21 17:45 S13rpcbind -> ../init.d/rpcbind
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Dec 21 17:45 S14nfslock -> ../init.d/nfslock
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Aug 22 16:31 S15mdmonitor -> ../init.d/mdmonitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Dec 21 17:45 S19rpcgssd -> ../init.d/rpcgssd
lrwxrwxrwx. 1 root root 26 Aug 22 16:31 S25blk-availability -> ../init.d/blk-availability
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Aug 22 16:30 S25netfs -> ../init.d/netfs
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Aug 22 16:30 S26udev-post -> ../init.d/udev-post
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Oct 25 11:49 S50onealert -> ../init.d/onealert
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Aug 22 16:31 S55sshd -> ../init.d/sshd
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Oct 26 09:47 S56xinetd -> ../init.d/xinetd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Aug 22 16:30 S80postfix -> ../init.d/postfix
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Aug 22 16:30 S90crond -> ../init.d/crond
lrwxrwxrwx. 1 root root 11 Aug 22 16:30 S99local -> ../rc.local

可以看到:

字母S表示Start,也就是啟動的意思(啟動腳本的運行參數(shù)為start)
如果這個位置是字母K,就代表Kill(關(guān)閉),即如果從其他運行級別切換過來,需要關(guān)閉的程序(啟動腳本的運行參數(shù)為stop)。

后面的兩位數(shù)字表示處理順序,數(shù)字越小越早處理,所以第一個啟動的程序是motd,然后是rpcbing、nfs......數(shù)字相同時,則按照程序名的字母順序啟動,所以rsyslog會先于sudo啟動。

這個目錄里的所有文件(除了README),就是啟動時要加載的程序。如果想增加或刪除某些程序,不建議手動修改 /etc/rcN.d 目錄,最好是用一些專門命令進行管理(參考這里和這里)。

加載開機啟動程序

前面提到,七種預(yù)設(shè)的"運行級別"各自有一個目錄,存放需要開機啟動的程序。不難想到,如果多個"運行級別"需要啟動同一個程序,那么這個程序的啟動腳本,就會在每一個目錄里都有一個拷貝。這樣會造成管理上的困擾:如果要修改啟動腳本,豈不是每個目錄都要改一遍?

Linux的解決辦法,就是七個 /etc/rcN.d 目錄里列出的程序,都設(shè)為鏈接文件,指向另外一個目錄 /etc/init.d ,真正的啟動腳本都統(tǒng)一放在這個目錄中。init進程逐一加載開機啟動程序,其實就是運行這個目錄里的啟動腳本。

下面就是鏈接文件真正的指向

[root@bastion-IDC ~]# ls -l /etc/rc3.d
lrwxrwxrwx. 1 root root 10 Aug 22 16:30 /etc/rc3.d -> rc.d/rc3.d

這樣做的另一個好處,就是如果你要手動關(guān)閉或重啟某個進程,直接到目錄 /etc/init.d 中尋找啟動腳本即可。
比如,我要重啟iptables服務(wù)器,就運行下面的命令:

[root@bastion-IDC ~]# /etc/init.d/iptables restart

/etc/init.d 這個目錄名最后一個字母d,是directory的意思,表示這是一個目錄,用來與程序 /etc/init 區(qū)分。

用戶登錄

開機啟動程序加載完畢以后,就要讓用戶登錄了。

一般來說,用戶的登錄方式有三種:命令行登錄、ssh登錄、圖形界面登錄。這三種情況,都有自己的方式對用戶進行認證。

1)命令行登錄:init進程調(diào)用getty程序(意為get teletype),讓用戶輸入用戶名和密碼。輸入完成后,再調(diào)用login程序,核對密碼(Debian還會再多運行一個身份核對程序/etc/pam.d/login)。如果密碼正確,就從文件 /etc/passwd 讀取該用戶指定的shell,然后啟動這個shell。
2)ssh登錄:這時系統(tǒng)調(diào)用sshd程序(Debian還會再運行/etc/pam.d/ssh ),取代getty和login,然后啟動shell。
3)圖形界面登錄:init進程調(diào)用顯示管理器,Gnome圖形界面對應(yīng)的顯示管理器為gdm(GNOME Display Manager),然后用戶輸入用戶名和密碼。如果密碼正確,就讀取/etc/gdm3/Xsession,啟動用戶的會話。

進入 login shell

所謂shell,簡單說就是命令行界面,讓用戶可以直接與操作系統(tǒng)對話。用戶登錄時打開的shell,就叫做login shell。

Linuix默認的shell是Bash,它會讀入一系列的配置文件。上一步的三種情況,在這一步的處理,也存在差異。

1)命令行登錄:首先讀入 /etc/profile,這是對所有用戶都有效的配置;然后依次尋找下面三個文件,這是針對當(dāng)前用戶的配置。

  ~/.bash_profile
  ~/.bash_login
  ~/.profile

需要注意的是,這三個文件只要有一個存在,就不再讀入后面的文件了。比如,要是 ~/.bash_profile 存在,就不會再讀入后面兩個文件了。

2)ssh登錄:與第一種情況完全相同。

3)圖形界面登錄:只加載 /etc/profile 和 ~/.profile。也就是說,~/.bash_profile 不管有沒有,都不會運行。

打開 non-login shell

老實說,上一步完成以后,Linux的啟動過程就算結(jié)束了,用戶已經(jīng)可以看到命令行提示符或者圖形界面了。但是,為了內(nèi)容的完整,必須再介紹一下這一步。
用戶進入操作系統(tǒng)以后,常常會再手動開啟一個shell。這個shell就叫做 non-login shell,意思是它不同于登錄時出現(xiàn)的那個shell,不讀取/etc/profile和.profile等配置文件。

non-login shell的重要性,不僅在于它是用戶最常接觸的那個shell,還在于它會讀入用戶自己的bash配置文件 ~/.bashrc。大多數(shù)時候,我們對于bash的定制,都是寫在這個文件里面的。

你也許會問,要是不進入 non-login shell,豈不是.bashrc就不會運行了,因此bash 也就不能完成定制了?事實上,Debian已經(jīng)考慮到這個問題了,請打開文件 ~/.profile,可以看到下面的代碼:

  if [ -n "$BASH_VERSION" ]; then
    if [ -f "$HOME/.bashrc" ]; then
      . "$HOME/.bashrc"
    fi
  fi  

上面代碼先判斷變量 $BASH_VERSION 是否有值,然后判斷主目錄下是否存在 .bashrc 文件,如果存在就運行該文件。第三行開頭的那個點,是source命令的簡寫形式,表示運行某個文件,寫成"source ~/.bashrc"也是可以的。
因此,只要運行~/.profile文件,~/.bashrc文件就會連帶運行。但是上一節(jié)的第一種情況提到過,如果存在~/.bash_profile文件,那么有可能不會運行~/.profile文件。解決這個問題很簡單,把下面代碼寫入.bash_profile就行了。

  if [ -f ~/.profile ]; then
    . ~/.profile
  fi 

這樣一來,不管是哪種情況,.bashrc都會執(zhí)行,用戶的設(shè)置可以放心地都寫入這個文件了。

Bash的設(shè)置之所以如此繁瑣,是由于歷史原因造成的。早期的時候,計算機運行速度很慢,載入配置文件需要很長時間,Bash的作者只好把配置文件分成了幾個部分,階段性載入。系統(tǒng)的通用設(shè)置放在 /etc/profile,用戶個人的、需要被所有子進程繼承的設(shè)置放在.profile,不需要被繼承的設(shè)置放在.bashrc。

順便提一下,除了Linux以外, Mac OS X 使用的shell也是Bash。但是,它只加載.bash_profile,然后在.bash_profile里面調(diào)用.bashrc。而且,不管是ssh登錄,還是在圖形界面里啟動shell窗口,都是如此。

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的linux系統(tǒng)的啟動過程,希望對大家有所幫助,如果大家有任何疑問請給我留言,小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持!

標(biāo)簽:黃石 新鄉(xiāng) 衡水 遼源 海東 南通 楊凌 湖南

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