Linux 启动和内核管理(一)

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

内核

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控制主机

详细步骤

POST：Power-On-Self-Test,加电自检,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、键盘等硬件情况的检测
ROM：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,保存各项参数的设定
按次序查找引导设备,第一个有引导程序的设备为本次启动设备
bootloader: 引导加载器,引导程序
windows: ntloader,仅是启动OS
Linux：功能丰富,提供菜单,允许用户选择要启动系统或不同的内核版本；把用户选定的内核装载到内存中的特定空间中,解压、展开,并把系统控制权移交给内核
LILO：LInux LOader
GRUB: GRand Unified Bootloader
GRUB 0.X: GRUB Legacy, GRUB2

MBR:
446: bootloader, 64: 分区表, 2: 55AA
GRUB:
primary boot loader : 1st stage,1.5 stage
secondary boot loader ：2nd stage,分区文件
kernel：
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（借助于ramdisk加载驱动）
以只读方式挂载根文件系统
运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

ramdisk：
内核中的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问,并加载相应的硬件驱动
ramdisk –> ramfs 提高速度
CentOS 5: initrd
工具程序：mkinitrd
CentOS 6,7: initramfs
工具程序：mkinitrd, dracut
系统初始化：
POST –> BootSequence (BIOS) –> Bootloader(MBR) –> kernel(ramdisk) –> rootfs(只读) –> init（systemd）

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)

系统启动流程

init程序的类型：

SysV: init, CentOS 5之前

配置文件：/etc/inittab

Upstart: init,CentOS 6

配置文件：/etc/inittab, /etc/init/*.conf

Systemd：systemd, CentOS 7

配置文件：

    /usr/lib/systemd/system

    /etc/systemd/system

启动流程

/sbin/init CentOS6之前
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

每一行格式：

id:runlevel:action:process

id：是惟一标识该项的字符序列

runlevels： 定义了操作所使用的运行级别

action： 指定了要执行的特定操作

    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

process：定义了要执行的进程

示例：

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

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

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

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

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

chkconfig命令

ntsysv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
–level LLLL: 指定要设置的级别；省略时表示2345

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/
与libwrap.so文件链接
用chkconfig控制的服务：
示例：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 6 init程序为: upstart, 其配置文件：
/etc/inittab, /etc/init/*.conf,配置文件的语法 遵循 upstart配置文件语法格式,和CentOS5不同