系统启动进程（笔记）

Linux 组成

• Linux: kernel+rootfs

kernel:  进程管理、内存管理、网络管理、驱动程序、文件系统、安全功能
rootfs: 程序和glibc
库：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  
程序：二进制执行文件

• 内核设计流派：

单内核(monolithic kernel) ：Linux
    把所有功能集成于同一个程序
微内核(micro kernel) ：Windows, Solaris
    每种功能使用一个单独子系统实现

• Linux 内核特点：

支持模块化：.ko(内核对象)
    如：文件系统，硬件驱动，网络协议等
支持内核模块的动态装载和卸载

• 组成部分：

核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release
    ramdisk：辅助的伪根系统
    CentOS 5:/boot/initrd-VERSION-release.img
    CentOS 6,7:/boot/initramfs-VERSION-release.img
模块文件：/lib/modules/VERSION-release

CentOS6 启动流程

1.加载BIOS的硬件信息，获取第一个启动设备
2.读取第一个启动设备MBR的引导加载程序(grub)的启动信息
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
4.核心执行init程序，并获取默认的运行信息
5.init程序执行/etc/rc.d/rc.sysinit 文件
6.启动核心的外挂模块
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

ramdisk管理

ramdisk文件的制作：

(1)mkinitrd命令
    为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件
    mkinitrd/boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)
(2)dracut命令
    为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件
    dracut /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

/sbin/init CentOS5

• 运行级别：为系统运行或维护等目的而设定；0-6：7个级别

0:关机
1:单用户模式(root自动登录),single,维护模式
2:多用户模式，启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式
3:多用户模式，正常模式；文本界面
4:预留级别；可同3级别
5:多用户模式，正常模式；图形界面
6:重启

• 默认级别:3,5
• 切换级别:init #
• 查看级别:runlevel;who -r

init初始化

• init读取其初始化文件：/etc/inittab

初始运行级别(RUN LEVEL)
系统初始化脚本
对应运行级别的脚本目录
捕获某个关键字顺序
定义UPS电源终端/恢复脚本
在虚拟控制台生成getty
在运行级别5初始化X

CentOS 5的inittab文件

• 配置文件：/etc/inittab
• 每一行定义一种action以及与之对应的process

id:runlevel:action:process
action:
    wait:切换至此级别运行一次
    respawn:此process 终止，就重新启动之
    initdefault:设定默认运行级别；process省略
    sysinit:设定系统初始化方式，此处一般为指定
        /etc/rc.d/rc.sysinit
    ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
id:3:initdefault:
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1...
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

说明：rc N --> 意味着读取/etc/rc.d/rcN.d/
    K*:K##*: ## 运行次序；数字越小，越先运行;数字越小的服务，通常为依赖到别的服务
    S*:S##*: ## 运行次序；数字越小，越先运行；数字越小的服务，通常为被依赖到的服务
    for srv in /etc/rc.d/rcN.d/K*; do
        $srv stop
    done
    for srv in /etc/rc.d/rcN.d/S*; do
        $srv start
    done

CentOS 6/etc/inittab和相关文件

• /etc/inittab

设置系统默认的运行级别     
id:3:initdefault:       

• 示例：
  破解CentOS5和6的root口令
• /etc/init/control-alt-delete.conf
• /etc/init/tty.conf
• /etc/init/start-ttys.conf
• /etc/init/rc.conf
• /etc/init/prefdm.conf

Centos 5启动流程

• /etc/rc.d/rc.sysinit:系统初始化脚本

(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

chkconfig 命令

• chkconfig 命令

查看服务在所有级别的启动或关闭设定情形：      
    chkconfig [--list] [name]
添加：
    SysV的服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d (/etc/init.d)
    chkconfig --add name
        #!/bin/bash
        #LLLL 表示初始在哪个级别下启动，- 表示都不启动
        # chkconfig: LLLL nn nn
删除：
    chkconfig --del name
修改指定的链接类型
    chkconfig [--level levels] name <on|off|reset>
        --level LLLL:  指定要设置的级别；省略时表示2345

• ntsysv命令

xinetd管理的服务

• service命令：手动管理服务

service服务start|stop|restart
service --status-all

• 瞬态（Transient）服务被xinetd进程所管理

进入的请求首先被xinetd 代理
配置文件：/etc/xinetd.conf、/etc/xinetd.d/<service>
与libwrap.so文件链接
用chkconfig控制的服务：
    chkconfig tftp on

启动流程

• 注意：正常级别下，最后启动一个服务S99local没有链接至/etc/rc.d/init.d 一个服务脚本，而是指向了/etc/rc.d/rc.local脚本
• 不便或不需写为服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d/目录，且又想开机时自动运行的命令，可直接放置于/etc/rc.d/rc.local文件中
• /etc/rc.d/rc.local在指定运行级别脚本后运行
• 可以根据情况，进行自定义修改

1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty2
...
6:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty6
    mingetty会自动调用login程序
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon

启动过程

• 总结：/sbin/init-->(/etc/inittab)-->设置默认运行级别-->运行系统初始脚本、完成系统初始化--> ( 关闭对应下需要关闭的服务)启动需要启动服务 --> 设置登录终端

• CentOS 6init程序为:upstart,其配置文件：

  /etc/inittab,/etc/init/*.conf法 ，配置文件的语法遵循upstart配置文件语法格式，和CentOS5不同

grub legacy

• CentOS 6 启动流程：
  POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader -->
  Kernel(ramdisk) --> rootfs --> switchroot --> /sbin/init -->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 别 设定默认运行级别 --> 系统
  初始化脚本 rc.sysinit --> 务 关闭或启动对应级别的服务 --> 启动终端

• grub: GRand Unified Bootloader

grub 0.97: grub legacy
grub 2.x: grub2
grub legacy:
    stage1: mbr
    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
stage2：磁盘分区(/boot/grub/)

grub 安装

• 安装grub：

(1) grub-install 安装grub stage1 和stage1_5 到/dev/DISK磁盘上，并复制GRUB到 相关文件到 DIR/boot 目录下
    grub-install --root-directory=DIR /dev/DISK
(2) grub
    grub> root (hd#,#)
    grub> setup (hd#)

grub legacy

• 配置文件：/boot/grub/grub.conf <-- /etc/grub.conf
• stage2 及内核等通常放置于一个基本磁盘分区

功用：
    (1) 提供启动菜单、并提供交互式接口
        a:内核参数
        e:编辑模式，用于编辑菜单
        c:命令模式，交互式接口
    (2) 加载用户选择的内核或操作系统
        允许传递参数给内核
        可隐藏启动菜单
    (3) 为菜单提供了保护机制
        为编辑启动菜单进行认证
        为启用内核或操作系统进行认证

• grub 的命令行接口

help:获取帮助列表
help KEYWORD:详细帮助信息
find (hd#,#)/PATH/TO/SOMEFILE 
root (hd#,#)
kernel /PATH/TO/KERNEL_FILE:设定本次启动时用到的内核文件；额外还可添加许多内核支持使用的cmdline 参数
    例如：max_loop=100 selinux=0 init=/path/to/init
initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE:  设定为选定的内核提供额外文件的 的ramdisk
boot:引导启动选定的内核

• cat /proc/cmdline 内核参数
• 内核参数文档:/usr/share/doc/kernel-doc-2.6.32/Documentation/kernel-parameters.txt
• 识别硬盘设备

(hd#,#) 
hd#:磁盘编号，用数字表示；从0开始编号
#:分区编号，用数字表示;从0 开始编号
(hd0,0) 第一块硬盘，第一个分区

• 手动在grub 命令行接口启动系统

grub> root (hd#,#)
grub> kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE ro root=/dev/DEVICE 或/root=UUID=XXXX 
grub> initrd /initramfs-VERSION-RELEASE.img
grub> boot

grub legacy 配置文件

• 配置文件：/boot/grub/grub.conf

default=#:设定默认启动的菜单项；落单项(title) 编号从0开始
timeout=#:指定菜单项等待选项选择的时长
splashimage=(hd#,#)/PATH/XPM_FILE:菜单背景图片文件路径
hiddenmenu:隐藏菜单
password [--md5] STRING:  启动菜单编辑认证
title TITLE:定义菜单项“标题”,可出现多次
root (hd#,#):查找stage2及kernel文件所在设备分区；为grub的根
kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS] 启动的内核
initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE:  内核匹配的ramfs文件
password [--md5|--encrypted] STRING:启动选定的内核或操作系统时进行认证

grub 加密

• 生成grub 口令

grub-md5-crypt
grub-crypt

• 破解root 口令：
  启动系统时，设置其运行级别1
• 进入单用户模式 ：

(1)编辑grub菜单(选定要编辑的title，而后使用e命令)
(2)在选定的kernel后附加1,s,S或single都可以
(3)在kernel所在行，键入“b”

自制linux 系统

• 分区并创建文件系统

fdisk /dev/sdb 分两个必要的分区
/dev/sdb1 对应/boot /dev/sdb2 对应根 /
mkfs.ext4 /dev/sdb1
mkfs.ext4 /dev/sdb2

• 挂载boot

mkdir /mnt/boot 子目录必须为boot
mount /dev/sdb1 /mnt/boot

• 安装grub

grub-install --root-directory=/mnt /dev/sdb

• 恢复内核和initramfs 文件

cp /boot/vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 /mnt/boot/
cp /boot/initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img /mnt/boot

• 建立grub.conf:

vim /mnt/boot/grub.conf
title wanglinux
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64
root=/dev/sda2 selinux=0 init=/bin/bash
initrd /initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img

• chroot /mnt/sysroot
• 创建一级目录

mkdir /mnt/sysroot
mount /dev/sdb2 /mnt/sysroot
mkdir –pv /mnt/sysroot/{etc,lib,lib64,bin,sbin,tmp,var,usr,sys,proc,opt,home,root,boot,dev,mnt,media}

• 复制bash 和相关库文件
• 复制相关命令及相关库文件
  如：ls,cat,vim,reboot,hostname等

救援环境

• 在根文件系统无法使用时需要，如/bin/mount删除
• 对系统没有特殊要求
• 从光盘引导（boot.iso或者安装光盘#1）
• 从USB盘（由boot.iso制作）引导
• 文件系统重组

Anaconda 将会询问是否应该挂载文件系统
/mnt/sysimage/*
/mnt/stage2
$PATH包括硬盘的目录

• 文件系统节点

提供系统特定的设备文件
mknod 了解major/minor

系统配置文件丢失修复

• 系统在引导期间，很重要的一个过程就是init 进程读取其配置文件/etc/inittab，启动系统基本服务程序及默认运行级别的服务程序完成系统引导，如果/etc/inittab 误删除或修改错误，Linux 将无法正常启动。此时，只有通过救援模式才可以解
  决此类问题。

• 有备份文件的回复方法
  进入救援模式，执行chroot命令后，如果有此文件的备份（强烈建议系统中的重要数据目录，如/etc、/boot等要进行备份），直接将备份文件拷贝回去，退出重启即可。如果是配置文件修改错误，如比较典型的/boot/grub/grub.conf及/etc/passwd的文件修改错误，也可以直接修正恢复。假设有备份文件/etc/inittab.bak ，则在救援模式下执行：

  sh-3.1# chroot /mnt/sysimage
  sh-3.1# cp /etc/inittab.bak /etc/inittab

• 没有备份文件的恢复办法
  如果一些配置文件丢失或软件误删除，且无备份，可以通过重新安装软件包来恢复，首先查找到/etc/inittab属于哪一个RPM包

chroot /mnt/sysimage     
rpm -qf /etc/inittab     
initscripts-9.03.49-1.el6.centos.x86_64     
exit 退出chroot模式    

挂载存放RPM包的安装光盘（在救援模式下，光盘通常挂载在/mnt/source目录下 
mount /dev/sr0 /mnt/source
    CentOS6系统的RPM包存放在光盘Package目录下，要修复的硬盘系统的根目录在/mnt/sysimage 下，需要使用--root选项指定其位置。覆盖安装/etc/inittab 文件所在的RPM包：
    rpm -ivh --replacepkgs |force/mnt/source/Packages/initscripts-9.03.49-1.el6.centos.x86_64.rpm
        其中的rpm命令选项“--replacepkgs”表示覆盖安装，执行完成后，即已经恢复了此文件

• 如果想只提取RPM包中的/etc/inittab文件进行恢复，可以在进入救援模式后，执行命令:

rpm2cpio /mnt/source/Packages/initscripts-9.03.49-1.el6.centos.x86_64.rpm|cpio-idv./etc/inittab
cp etc/inittab /mnt/sysimage/etc
注意此命令执行时不能将文件直接恢复至/etc目录，只能提取到当前目录下，且恢复的文件名称所在路径要写完整的路径。提取文件成功后，将其复制到根分区所在的/mnt/sysimage目录下相应位置即可

/proc目录

• /proc目录：
  内核把自己内部状态信息及统计信息，以及可配置参数通过proc伪文件系统加以输出
• 参数：只读：输出信息

可写：可接受用户指定“新值”来实现对内核某功能或特性的配置

• /proc/sys

(1) sysctl 命令用于查看或设定此目录中诸多参数
    sysctl -w path.to.parameter=VALUE
    sysctl -w kernel.hostname=mail.magedu.com
    sysctl -w proc.sys.net.ipv4.ip_forword=1
(2) echo 命令通过重定向方式也可以修改大多数参数的值
    echo "VALUE" > /proc/sys/path/to/parameter
    echo “websrv” > /proc/sys/kernel/hostname

sysctl 命令

• sysctl命令：
  默认配置文件：/etc/sysctl.conf

(1) 设置某参数
    sysctl -w parameter=VALUE
(2) 通过读取配置文件设置参数
    sysctl -p [/path/to/conf_file]
(3) 查看所有生效参数
    sysctl -a

• 常用的几个参数：

proc.sys.net.ipv4.ip_forward
proc.sys.net.ipv4.icmp_echo_ignore_all  禁止ping
proc.sys.vm.drop_caches  数据缓存清除设置

/sys目录

• /sys目录：

sysfs:为用户使用的伪文件系统，输出内核识别出的各硬件设备的相关属性信息，也有内核对硬件特性的设定信息；有些参数是可以修改的，用于调整硬件工作特性。
udev 通过此路径下输出的信息动态为各设备创建所需要设备文件，udev 是运行用户空间程序
专用工具：udevadmin, hotplug
udev为设备创建设备文件时，会读取其事先定义好的规则文件，一般在/etc/udev/rules.d及/usr/lib/udev/rules.d目录下

内核编译

• 单内核体系设计、但充分借鉴了微内核设计体系的优点，为内核引入模块化机制
• 内核组成部分：

kernel:内核核心，一般为bzImage ，通常在/boot目录下，名称为vmlinuz-VERSION-RELEASE；
kernel object:内核对象，一般放置于
    /lib/modules/VERSION-RELEASE/
[ ]: N
[M]: M
[*]: Y
辅助文件：ramdisk
initrd
initramfs

• 内核版本

运行中的内核：
    uname命令：
        uname - print system information
        uname [OPTION]...
            -n:显示节点名称；
            -r:显示VERSION-RELEASE;
            -a:显示所有信息

内核模块命令

lsmod 命令：

显示由核心已经装载的内核模块
显示的内容来自于: /proc/modules 文件

• modinfo 命令：

显示模块的详细描述信息
modinfo [ -k kernel ] [ modulename|filename... ] modulename|filename... ]
    -n:只显示模块文件路径
    -p:显示模块参数
    -a:author
    -d:description
    -l:license
lsmod |grep xfs;modinfo xfs

内核模块管理

modprobe命令：装载或卸载内核模块

modprobe [ -C config-file ] [ modulename ] [ module parame-ters... ]

• 配置文件：/etc/modprobe.conf,
  /etc/modprobe.d/*.conf
• modprobe [ -r ] modulename...

depmod命令：

内核模块依赖关系文件及系统信息映射文件的生成工具

• 装载或卸载内核模块：

insmod命令：指定模块文件，不自动解决依赖模块

insmod [ filename ] [ module options... ]
insmod `modinfo –n exportfs`
lnsmod `modinfo –n xfs`

rmmod命令:卸载模块

rmmod [ modulename ]
rmmod xfs
rmmod exportfs

编译内核

• 前提：

(1)准备好开发环境
(2)获取目标主机上硬件设备的相关信息
(3)获取目标主机系统功能的相关信息
    例如: 需要启用相应的文件系统
(4)获取内核源代码包
    www.kernel.org

• 开发环境准备

包组(CentOS 6)： 
    Server Platform Development
    Development Tools

• 目标主机硬件设备相关信息：

CPU：
    cat /proc/cpuinfo
    x86info -a
    lscpu

• 硬件设备

PCI设备：
    lspci
        -v
        -vv
    lsusb
        -v
        -vv
    lsblk块设备

• 了解全部硬件设备信息
  hal-device:CentOS6

内核编译安装系统

• 安装开发包组
• 下载源码文件
• .config：准备文本配置文件
• make menuconfig：配置内核选项
• make [-j #]
• make modules_install：安装模块
• make install ：安装内核相关文件

安装bzImage为/boot/vmlinuz-VERSION-RELEASE
生成initramfs文件
编辑grub的配置文件

编译安装内核示例

tar xf linux-3.10.67.tar.xz -C /usr/src
cd /usr/src
ln -sv linux-3.10.67 linux
cd /usr/src/linux
cp /boot/config-$(uname -r) ./.config
make help
make menuconfig
make -j 2
make modules_install
make install
reboot

编译内核

(1) 配置内核选项
    支持“更新”模式进行配置：make help
        (a) make config：基于命令行以遍历的方式去配置内核中可配置的每个选项
        (b) make menuconfig：基于curses的文本窗口界面
        (c) make gconfig：基于GTK (GNOME ）环境窗口界面
        (d) make xconfig：基于QT(KDE)环境的窗口界面
    支持“全新配置”模式进行配置
        (a) make defconfig：基于内核为目标平台提供的“默认”配置进行配置
        (b) make allyesconfig:所有选项均回答为“yes“
        (c) make allnoconfig:所有选项均回答为"no“
(2)编译内核

• 全编译:make [-j #]
• 编译内核的一部分功能：

(a)只编译某子目录中的相关代码
    cd /usr/src/linux
    make dir/
(b)只编译一个特定 的模块
    cd /usr/src/linux
    make dir/file.ko
    例如：只为e1000 编译驱动：
make drivers/net/ethernet/intel/e1000/e1000.ko

如何交叉编译内核：
    编译的目标平台与当前平台不相同
    make ARCH=arch_name
要获取特定目标平台的使用帮助
    make ARCH=arch_name help
    make ARCH=arm help
在已经执行过编译操作的内核源码树做重新编译
需要事先清理操作：
    make clean:清理大多数编译生成的文件，但会保留config文件等
    make mrproper:清理所有编译生成的文件、config及某些备份文件
    make distclean：mrproper、patches以及编辑器备份文件

卸载内核

• 删除/lib/modules/目录下不需要的内核库文件
• 删除/usr/src/linux/目录下不需要的内核源码
• 删除/boot目录下启动的内核和内核映像文件
• 更改grub的配置文件，删除不需要的内核启动列表

练习

1 、破解root口令，并为grub设置保护功能
2 、破坏本机grubstage1，而后在救援模式下修复之
3 、删除vmlinuz和initramfs文件后无法启动, 两种方法恢复之
4 、增加新硬盘，在其上制作能单独运行kernel 和bash 的系统
5 、在U盘上定制linux，使其可启动系统，并具有网络功能
6 、删除/etc/fstab和/boot目录的所有文件，并恢复之
7 、编译安装kernel，启用支持ntfs练习