标签：os initramfs initrd 系统启动 kernel
一、Linux系统组成 二、问题：先有鸡还是先有蛋 三、内核特点 四、Centos的启动流程 五、/sbin/init初始化： 六、配置文件：/etc/inittab 七、/etc/rc.d/init.d中脚本格式详解 八、si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit 九、CentOS6的启动流程 十、CentOS7启动过程
一、Liinux的组成部分：内核+根fs
内核：1.进程管理(进程调度，进程创建，交互等)
2.内存管理：抽像为线性地址，为每个地址一份
3.网络协议栈
4.文件系统
5.驱动程序
6.安全功能//selinux，安全访问的栈等
IPC：inter process communication //进程间通信机制
消息队列、semerphor，shared memory(shm) //本地进程间通信
socket //远程主机通信，一个主机监听在一个socket上，另外一个进程发送请求，建立通信
TCP/IP分为两段：通信子网+网络子网
运行中的os环境可分为两层：内核空间+用户空间
用户空间：应用程序(进程或者线程)
内核空间：内核代码(系统调用) //system call和用户空间交互
//进程运行，需要在用户和内核模式之间来回切换，应尽量避免和用户交互
Linux系统：
内核+根fs ：动态视角
磁盘分区及相关files：静态视角
二、问题：先有鸡还是先有蛋
内核是在某个分区上放着的:启动分区：/boot；内核启动之前是没有 / 的。
那么既然没有根 如何加载内核呢？系统启动需要先加载内核，内核必须在根加载后才能访问和加载
rootfs:FHS有特定目录结构，{/bin,/sbin,/etc,/proc,/sys,/dev,init...}
在boot没有被加载以前，/ 在哪儿，内核又在哪儿呢
sda1==/boot //虽然标记为boot分区，但是内核没有启动，没有 / 也没有 /下的boot
系统先启动内核，但是内核文件在/ 下，必须先找到 /,但是 / 是在内核启动之后才有的 /
:先有鸡和先有蛋的问题
内核是对所有硬件负责的，所有程序必须经过内核去和硬件交互
内核设计流派：
1.单内核设计：所有功能集成与同一个程序 //一个程序bug，可能整盘结束
Linux //linus：只要能用就行
2.微内核设计：每个功能使用一个子系统实现 //更优秀点，故障一个发生，不会影响其他
Windows,solaris
三、内核特点
开机先加载内核：
内核加载 /，而 / 在分区上需要加载disk driver，而driver在 / 的某个分区上，需要加载disk driver :循环
因此开机的时候，加载ramdisk //虚根
Linux内核特点:
支持模块化：.ko(kernel object),.so(shared object)//个应用程序间的共享模块
支持模块动态装载和卸载
组成部分：核心文件+模块文件
内核文件:/boot/vmlinuz-3.10.0-327.el7.x86_64 //z:标识为压缩存放
vmlinuz-VERSION-release.arch //release是制作者添加的
ramdisk:实现系统初始化，基于内存的磁盘设备
Centos5:initrd-VERSION-release.img //rd:ramdisk
Centos6,7:initramfs-VERSION-release.img //ramfs ,基于ram 的fs
//基于ramdisk：在内存中已经被加载，但是在buffer/cache中仍被缓存
//ramfs：基于ram的fs减少了buffer和cache
//升级主要是为了避免双缓冲，双缓存的目的，从而达到提升性能的目的
模块文件
/lib/modules/3.10.0-327.el7.x86_64/
/lib/modules/3.10.0-327.el7.x86_64/kernel //内核模块的模块
www.kernel.org //内核源码
mainline：当前主要开发和维护的版本
stable：稳定
longterm：长期维护的版本
问题：为什么把ramdisk当做磁盘用
os启动的时候，需要把ramdisk装载到内存中，而后让 / 把他当做磁盘来使用，
从而把他识别为一个根 fs ，加载/lib/modules :ramdisk中生成的模块
借助于ramdisk加载真正的 / 所需的驱动，然后完成切换
//必要性：借助于ramdisk实现加载disk 驱动
//对于发行商来说，主要是为了应付多种硬件平台，需要借助于ramdisk
//非必要：个人使用，面对当前系统的
假如明确知道驱动类型，而且已经加载进内核，内核是自己编译的
问题：要装载根，必须先装载disk驱动程序，disk在哪里
disk驱动程序： /lib/modules 在根fs上
中间设备：一个完整的根fs系统，负责加载真正的 / 的驱动
内核启动后，负责加载这个假的临时的根fs //临时：作用，从真正的根fs中装载真 / 所需的驱动而已
注意：这个驱动是安装过程中生成的，根据当前主机的设备信息，动态创创建生成
initrd文件的作用：
initrd 的英文含义是 boot loader initialized RAM disk，即由引导程序初始化的RAM磁盘。
initrd是在实际根文件系统可用之前挂载到系统中的一个初始根文件系统。initrd与内核绑定在一起， 并作为内核引导过程的一部分进行加载。内核然后会将这个initrd文件作为其阶段引导过程的一部分来加载模块，
这样才能在以后的引导过程中使用真正的文 件系统，并挂载实际的根文件系统。
Initramfs
在linux2.5中出现了initramfs，它的作用和initrd类似，只是和内核编译成一个文件(该initramfs是经过gzip压缩后的cpio格式的数据文件)，
该cpio格式的文件被链接进了内核中特殊的数据段.init.ramfs上，其中全局变量__initramfs_start和__initramfs_end分别指向这个数据段的起始地址和结束地址。
内核启动时会对.init.ramfs段中的数据进行解压，然后使用它作为临时的根文件系统。
四、Centos的启动流程
1.POST:自检程序，x86cpu设计上，通电后，自动检查硬件设备是否存在
power on and self test
ROM:CMOS 程序所在地，cpu加电后自动回寻找该程序
BIOS:CMOS中的一个基本输入输出系统
固化在ROM中:basic input and output system
CPU能够访问的地址空间：ROM+RAM
2.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 //硬盘，U盘，光盘上的一个程序
windows:ntloader
Linux:
LILO:Linux Loader //无法支持大硬盘，1024个柱面之后难以加载
//android手机通常使用该引导
GRUB:Grand Uniform Bootloader //统一引导加载器
Grub 0.x:CentOS 5,6 :Grub Legacy 传统经典版本
Grub 1.x:CentOS 7 :Grub2
作用：提供一个选择菜单，允许用户选择要启动的程序或不同的版本，把用户选择的内核版本装载到RAM中的内核空间中
解压、展开，而后移交控制权
安装位置中：
MBR+Grub：master boot record
512bytes:{446:bootloader 64:fat 2:55AA} //fat:filesystem allocation table 分区表
55AA:表示该MBR有效,bootloader有效，其他都表示无效
Grub:把其程序分为两段，1:bootloader中，2:Disk partition中/boot/grub中
1:bootloer中用来加载第二段
1.5：filesystem driver,加载fs驱动
2:第二段上提供bootloader的真正功能，选择菜单等
最后加载内核文件
UEFI+GPT：新版本的替代产品
3.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；(有可能会借助于ramdisk加载驱动)
以只读方式挂载rootfs
运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init
init程序：
CentOS5：SysV init
配置文件：/etc/inittab
CentOS6:Upstart //基于dbus通信，支持并发启动服务
配置文件：/etc/inittab //没用的
/etc/init/*.conf //决定性配置文件
CentOS7:Systemd
配置文件:/usr/lib/systemd/system/
/etc/systemd/system
ramdisk:
Linux内核特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的file访问
ramdisk-->把内存当disk来使用，导致内存需要再次缓冲disk的内容：双缓冲
ramdisk-ramfs//变成了ramfs就不在需要缓冲了
CentOS5：initrd ：mkinitrd
CentOS6,7:initramfs ：dracut,mkinitrd
小结：系统初始化流程(内核级别)
POST-->BIOS(BootSequence)-->MBR(BootLoader)--->kernel-->initrd(initramfs)->挂载rootfs(ro)--->/sbin/init:用户空间的第一个程序
bootloader:一般是无法驱动那些软设备，软raid等，lv等复杂的
不能放在lv上，只能放在基本的逻辑分区上
kernel:只能放在基本分区上，因此/boot一般要单独分区
可能需要借助于ramdisk来完整真正 rootfs的加载
因为有的fs，可能kernel也不能直接驱动
五、/sbin/init初始化：
windows的安全模式：使用基本的驱动，然后可以进行修复
CentOS5：SysV init
运行级别：为了系统的运行或维护等目的而设定的机制
0-6:7个级别 0：shutdown 1：单用户single user，root用户，无需登录，维护模式 2：multi user启动网路功能，但不会启动NFS，维护模式 3. 多用户模式multi user，正常模式 4：预留模式，目前无特别使用目的，但习惯以同3级别对待 5：多用户模式，完全功能模式，图形界面 6：重启模式，reboot
0-6,3--5,1,2救援
级别切换：init #
级别查看：who -r / runlevel
N 3//N上一次没有级别，3:当前级别
配置文件：/etc/inittab
六、配置文件：/etc/inittab
Centos5：
每行定义一种action以及与之对应的processs
id:runlevel:action:process
id//任务的标识符，唯一
runlevel//在那些级别启动，#,###,可以为空表示所有级别
action:在什么条件下启动此任务
wait:等待切换至此任务所在的级别时执行一次
respawn:此任务终止时，就自动重新启动 //比如每次logout的时候登录界面都会显示出来
initdefault:设定默认运行级别，此时process省略
sysinit:系统初始化方式，此处一般指定/etc/rc.d/rc.sysinit
process:具体的任务是什么
例如：
id:3:initdefault //设定默认运行级别为3
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit //使用这个脚本系统初始化
IO:0:wait:/etc/rc.d/rc 0 //0级别运行，向rc命令传递参数 0
rc脚本的功能：接受一个级别脚本为参数[0-6];
/etc/rc.d/rc0.d/ 是0级别运行的脚本
S#:启用顺序；
K#:关闭顺序 //数字越小越优先关闭{依赖别人的服务的服务先关闭}，一个脚本都有开始和关闭的两个顺序
debian使用的是另外一套机制
脚本框架：
for srv in /etc/rc.d/rc#.d/K*;do
$src stop
done
for src in /etc/rc.d/rc#.d/S*;do
$src start
done
注意:/etc/init.d/* 脚本执行方式 {start|stop|restart|status}
/etc/rc.d/crond start
service crond start //作用一样
service 会自动到/etc/rc.d/init.d中查找该文件的启动脚本
七、/etc/rc.d/init.d中脚本格式详解
chkconfig: 2345 11 88 //启动级别，启动顺序，关闭顺序
//启动优先级：应该小于{先启动}其他依赖该服务的其他程序
//关闭优先级：应该大于{后关闭}:其他依赖该服务的其他程序，
vim /etc/init.d/testsrv
#!/bin/bash
#
#
# chkconfig: 2345 51 61 //# chkconfig: - 51 61//-表示所有级别都要关闭
//runlevel 启动优先级 关闭优先级
# description: testing service
prog=$(basename $0)
if [ $# -lt 1 ] ;then
echo "Usage: ${basename} {start|stop|restart|status
}" exit 1
fi
if [ "$1" == "start" ];then
echo "start $prog finished."
elif [ "$1" == "stop" ] ;then
echo "stop $prog finished."
elif [ "$1" == "restart" ] ; then
echo "restart $prog finished."
elif [ "$1" == "status" ; then
if pidof $prog &> /dev/null ;then
echo "$prog is running"
else
echo "$prog is stopped."
fi
else
echo "Usage: $prog {start|stop|status|restart}"
exit 2
fi chmod +x filename
bash -n testsrc
chkconfig --add testsrc //--del 受chkconfig管理
//在2345分别创建一个S51testsrv的链接文件
//在06分别床架你一个K31testsrv的链接文件
service testsrc start //进行测试
chkconfig命令：管控/etc/init.d/两个服务脚本在各级别下的启动或关闭服务
--list testsrv //列出
chkconfig --level 235 testsrv on
chkconfig --list mysqld
chkconfig [--level LEVELS] name [on|off|reset]
//默认为2345
chkconfig testsrv on/off //默认2345
rc.local //可用于用户自定义命令，开机启动一次
注意：正常级别下，最后启动一个服务S99local没有链接到/etc/rc.d/rc.local下的某脚本，而是连接到了/etc/rc.d/rc.local;
因此用于开机启动的服务脚本，可以写在这里
tty1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1
...
tty5:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty6 //启动虚拟终端的
1.mingetty会调用login程序，真正实现用户登录和验证
2.打开虚拟终端的程序除了mingetty之外，还有getty等
tty7:5:respawn:/etc/X11/ 图形界面启动
总结：（用户空间的启动流程）：/sbin/init/inittab
1.设置默认运行级别,initdefault
2.运行系统初始化脚本，rc.sysinit
3.关闭对应级别下需要停止的服务
4.启动对应级别下需要开启的服务
5.设置登录终端
6.启动图形终端
八、si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit 系统初始化脚本的作用
(1)设置主机名 (2)设置欢迎信息 (3)激活udev和selinux (4)挂载/etc/fstab文件中定义的所有fs (5)检测rootfs，以rw方式挂载 (6)设置系统时钟 //通过读取硬件时钟来实现 (7)根据/etc/sysctl.conf文件的设置，来设置内核参数 (8)激活lvm，及软raid设备 (9)激活swap设备 //挂载到fstab中的会被直接挂载，可以省略 (10)加载额外设备的驱动程序,内核没有识别到的 (11)清理操作
九、CentOS6的启动流程
init程序：upstart，但依然为/sbin/init,配置文件是
/etc/init/*.conf ,/etc/inittab(仅仅用于定义默认级别)
/etc/init/init-system-dbus.conf 这个是服务启动脚本
注意:*.conf为upstart风格的配置文件
rcS.conf
rc.conf 运行级别
start-tty.conf 启动终端
POST-->BIOS-->MBR(Bootloader)-->kernel(initrd)--rootfs-->switch_root-->/sbin/init
十、CentOS7启动过程
init程序:systemd,配置文件：
/usr/lib/systemd/system/* //
/etc/systemd/system/* //两个文件
CentOS5,6:开机的时候定义为开启的，直接就启动了
CentOS7：定义开机自启的也不启动，而是在第一次访问的时候才启动
只要不访问就一直不启动，所以开机快
systemctl set-default //设置默认运行级别
get-default //获取默认运行级别
Centos7默认没有运行级别的概念
但是依然可以使用service 命令
完全兼容SysV脚本机制；因此service 命令依然可用
systemctl {start|stop|restart|reload|status} name[.service]
systemctl list-unit-files //列出单元文件
systemctl enable|disable named //激活开机自启
OST--->BIOS(Boot Sequence)-->MBR(boot loader)--->kernel(ramdisk)-->rootfs--->switch root--->/sbin/init
-->{/etc/inittab,/etc/init/*.conf)
1.设定默认运行级别
2.系统初始化脚本
3.关闭或启动对应级
注意：VMware：右键该虚拟机，打开电源时进入固件 打开bios
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