Linux(CentOS5/6)开机启动流程

Linux的组成：内核 & 根文件系统(rootfs)

• kernel (核心文件地址:/boot/vmlinuz-release,模块文件地址:/lib/modules/release)

进程管理、内存管理、网络管理、驱动程序、文件系统、安全功能。支持模块化(.ko内核模块对象)的动态装载与卸载。

• rootfs（根文件系统）

符合FHS文件层级结构
程序: 二进制执行文件
glibc(库): GNU发布的libc库，即c运行库。glibc是linux系统中最底层的api，几乎其它任何运行库都会依赖于glibc函数集合, function, 调用接口(头文件负责描述)
过程调用: procedure，无返回值。
函数调用: function。

内核设计流派

• 单内核：Linux

把所有功能集成于同一个程序。

• 微内核：Window

每种功能使用一个单独的子系统实现。

Linux内核

• Linux内核特点：

支持模块化、支持模块（.ko）运行时动态装载或卸载

• Linux内核组成：

1.核心文件 ---> 例如/boot/vmlinuz-3.10.0-229.el7.x86_64
ramdisk:把内存中的某一段空间当磁盘用。它是一个临时的根文件系统。当真正的根文件系统挂载后会将其“挤走”。对发行版本它是必须的，但对于个人编译的内核来说其并不是必需的。例如/boot/initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img CentOS5上叫做initrd。（知道为什么会改名吗？）
2.模块文件 ---> 例如/lib/modules/3.10.0-229.el7.x86_64/

CentOS启动流程

CentOS启动流程图

过程的文字描述

1. 加载BIOS的硬件信息(POST),获取第一个启动设备 (上图的深粉红色箭头部分)。
2. 读取第一个启动设备MBR的引导加载程序。(grub)的启动信息(上图绿蓝色箭头)。
3. 加载核心操作系统的核心信息,核心开始解压缩,并尝试驱动所有的硬件设备(上图最后一个绿色箭头)。
4. 核心执行init程序并获取运行信息。(读取/etc/initt)
5. init执行/etc/rc.d/rc.sysinit这个系统管理shell脚本文件。
6. 启动核心的外挂模块(/etc/modprobe.conf)。
7. init执行运行的各个批处理文件(scripts)。
8. init执行/etc/rc.d/rc.local。
9. 执行/bin/login程序,等待用户登录。
10. 登录之后开始以shell控制主机。

启动流程相关名词说明

相关名词	说明
POST	Power On Self Test 即加电自检，包含ROM与RAM。 是BIOS功能的一个主要部分.负责完成对CPU、主板 内存 硬盘子系统、显示子系统、串并行接口、键盘 CD-ROM渔区等硬件情况的检测。
ROM	BIOS里保存着POST等运行程序代码的内存空间。
BIOS	Basic Input and Output System, 保存着有关计算机系统最重要的基本输入输出程序,系统信息设置、开机加电自检程序和系统启动自举程序等。
RAM	CMOS互补金属氧化物半导体，保存各项参数的设置。断电即丢，但主板有电池所以不影响。
Boot Sequence	按次序查找各引导设备，第一个有引导程序的设备即为本次启动要用到的设备。
bootloader	引导加载器，引导程序。提供一个菜单，允许用户选择要启动的系统或不同的内核版本，把用户选定的内核装载到RAM中的特定空间中，对其解压展开，而后把系统控制权移交给内核。Window:ntloader;Linux:LILO,GRUB
Grub	grand unified bootloader，分为0.x与1.x版，其中1.x版为重写几乎与0.x没什么关系了。0.x又称为Grub Legacy，CentOS7上已改名为grub2。
MBR	前446个bytes的bootloader的一个阶段的代码、中间64bytes的分区表、最后2个bytes为MagicNumber，通常“55AA”表示有效。

Grub详细说明 (更详细内容见grub详解)

分成1段：
第一段1st stage：446个bytes在MBR里（备份文件地址：/boot/grub/stage1）；其任务是加载Grub的第二阶段。
第二段filesystem driver 1.5stage：secondary boot load(备份文件在/boot/grub/xx_stage1_5)；mbr之后的扇区，让stage1中的bootloader能识别stage2所在的分区上的文件系统。
第三段2nd stage：分区文件(系统备份在/boot/grub/stage2),其任务是将内核加载到内存中。开机菜单出现则说明系统进入/boot目录准备加载内核了。*

Kernel过程

• 自身初始化
  -- 探测可识别到的所有硬件设备
  -- 加载硬件驱动程序（有可能加载ramdisk加载驱动）
  -- 以只读方式挂载根文件系统（为了避免kernel的bug或操作过程中的错误导致根文件系统的损坏）
  -- 运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

 init程序的类型：
    CentOS5-: SysV init
        配置文件:/etc/inittab
    CentOS6: Upstart是SysVinit的改进
        配置文件:/etc/inittab,主要是读取/etc/init/*.conf
    CentOS7:Systemd
        配置文件:/usr/lib/systemd/system/, /etc/systemd/system/

/boot/grub/grub.conf文件(即开机内核选择菜单显示内容) 上图结束后则grub引导结束将系统操作权交给kernel

/boot/initramfs-xxx.img(CentOS6)者/boot/initrd-xxx.img(CentOS5)：必要的驱动程序，包括根文件系统的驱动程序等。这个文件是一个虚拟的文件系统，解压出来的模样类似于Linux根下的目录，解压方式及内容如下：

cp /boot/initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img.gz
gunzip -d initramfs-3.9.0-rc3+.img.gz
ls
initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img 
# 现在较新的initrd一般是cpio文档格式，而很老的initrd（如Linux 2.4 kernel的年代）则直接就是普通image
# #### mount -o loop initrd-kernel-2.6.img /mnt/  ##基本很少见了
cpio -idmv < initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img

initramfs.xx.img文件解压的内容
这两种文件如果损坏时的修复工具命令: mkinitrd,CentOS6、7上的mkinitrd其实是封装了dracut程序只是为了兼容CentOS5，因为它们都是在安装操作系统时根据根目录的文件系统动态生成的，所以是可以随时修复的。用法示例：mkinitrd /boot/initrd- $(uname -r).img $(uname -r)

/etc/rc.d/rc.sysinit：这个脚本文件只在系统启动时运行一次，其定义了大致如下内容：

1. 设置主机名
2. 设置欢迎信息
3. 激活udev和selinux
4. 挂载/etc/fstab文件中定义的文件系统
5. 检测根文件系统,并以读写方式重新挂载根文件系统
6. 设置系统时钟
7. 激活swap设备
8. 根据/etc/sysctl.conf文件设置内核参数
9. 激活lvm及software raid设备
10. 加载额外设备的驱动程序
11. 清理操作