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CentOS系统启动流程介绍
本章我们将学习 Linux 启动流程和内核模块管理相关的内容。通过本章我们将学习如下内容:
Linux 系统的组成及特点
CentOS 系统的启动流程
开机启动成 grub 的配置和使用
内核功能与内核模块的加载与使用
在学习本章内容之前，需要对之前学习的操作系统知识做一个简单梳理总结，目的是了解 Linux 系统在启动时面临了哪些问题，怎么去解决这些问题。这样我们才能知道为什么启动流程是”这样”。
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| 库调用接口 |
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| 系统调用接口 |
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| 操 作 系 统 |
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| 底 层 硬 件 |
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在一个已经开机的计算机上，操作系统位于底层硬件之上，通过加载硬件的驱动程序从而能够管理各种硬件设备。操作系统通过系统调用，将管理底层硬件的接口暴露给各应用程序。应用程序在需要时发起系统调用即可完成对底层硬件的驱动。系统调用接口比较简陋，不便于程序员进行编程，因此在系统调用基础上有各种库，方便程序员进行编程。
操作系统=内核+根文件系统，Linux 中一切皆文件，Linux 的所有设备都表现为根文件系统上的某个文件。因此内核必需首先要加载底层磁盘设备的驱动程序，然后加载该磁盘设备上特定的文件系统，最后挂载根文件系统。
但是在系统启动之前，操作系统和各种驱动程序都是存放在硬盘上的。这样就会出现以下问题:
为加载内核需要读取磁盘中的内核源码，而读取磁盘文件需要先挂载根文件系统，此时操作系统还没有更不可能挂在根文件系统了
挂载根文件系统时，首先需要加载磁盘和文件系统的驱动程序。而文件系统还没有挂载，根本没法读取到位于根文件系统中的驱动程序
因此开机启动，必需要解决上述两个问题。
本节，我们开始学习 Centos 系统的启动流程，本章开篇我们了解到，开机过程中存在两个问题:
为加载内核需要读取磁盘中的内核源码，而读取磁盘文件需要先挂载根文件系统，此时操作系统还没有更不可能挂在根文件系统了
挂载根文件系统时，首先需要加载磁盘和文件系统的驱动程序。而文件系统还没有挂载，根本没法读取到位于根文件系统中的驱动程序
本节核心就是讲解如何解决上述两个问题，并在此基础上介绍 Linux 系统的启动。本节将包括以下内容:
Linux 系统特性，包括Linux 系统的功能及设计思路
Linux 开机启动流程，包括:
Linux 系统组成，Linux 为开机启动准备的额外文件
Linux 系统详细启动过程
1. Linux 系统特性 Linux 主要由内核+根文件系统组成，一个运行中的Linux，可以看作是运行在内核之上，由内核负责完成底层硬件管理，从而将硬件接口抽象为系统接口以后，让根文件系统工作为文件系统的一个底层虚拟机。运行中的OS可以分为内核空间和用户空间两个部分，应用程序运行在用户空间，通常表现为一个进程或线程；而内核空间主要运行内核代码，执行特权操作，通过系统调用向用户空间输出接口。用户空间通过发起系统调用执行特权操作。
Linux 需要实现的功能包括:
进程管理，进程创建，调度，销毁
内存管理，将内存抽象为虚拟的线性地址格式，为每个进程提供一份，就好像每个进程单独运行在操作系统之上一样
IPC 机制:
消息队列
semerphor 信号量
share memory 共享内存
网络协议栈
文件系统
驱动程序 《Linux 设备驱动》
安全功能
内核设计有两种流派
单内核设计：把所有功能集成于同一个程序，典型代表为 Linux
微内核设计：每种功能使用一个单独的子系统实现，典型代表为 Windows, Solaris
Linux 虽然为单内核设计但是充分吸收了微内核的特点，支持模块化(.ko (kernel object))，支持模块运行时动态装载或卸载。
1. Linux 系统启动流程 1.1 Linux 系统的组成 首先我们来解决开机启动的第二个问题。
一种方法是将设备的驱动程序编译进内核，对于个人用户自编译的系统没有有问题，因为只需要将其特定的驱动程序编译进内核即可，然后对于操作系统发行商而然，它面对的是各种用户的不同驱动设备，如果都将这些驱动程序编译进内核，内核将庞大无比，而每个用户又只会用到其中一个。
另一种方法是借助于中间临时根文件系统，中间临时根文件系统包含了加载根文件系统所在设备的驱动程序，而中间根文件系统放置在一个基于内存的磁盘设备中，内核无须加载其他驱动程序即可访问该设备。内核启动后，先访问基本设备挂载中间的临时根文件系统，并从中装载设备驱动程序，在真正的根文件系统准备完成之后，从临时根切换到真正的根。
用于系统初始化的基于内存的磁盘设备通常称为 ramdisk，内核在启动过程中需要将 ranmdisk 装载进内存 ，并将其识别为一个根文件系统。ramdisk 并不是发行商预先生成，而是在系统安装过程中针对当前设备临时生成了，因此其仅需包含当前设备的驱动程序即可。
因此从编译完成后的视角，Linux 系统由如下部分组成:
核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release
ramdisk：
CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img # 基于 ram 的磁盘
CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img # 基于 ram 的文件系统
模块文件：
/lib/modules/VERSION-release如果内核提供了多个版本，将会有多个内核目录
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> uname -r # 内核版本
4.9.86-30.el7.x86_64
> ls /boot/|grep vm
vmlinuz-4.9.86-30.el7.x86_64
> ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel
arch crypto drivers fs lib mm net sound virt
> tree -L 2 /lib/modules/$(uname -r)
/lib/modules/4.9.86-30.el7.x86_64
├── build -> ../../../usr/src/kernels/4.9.86-30.el7.x86_64
├── extra
├── kernel
│?? ├── arch
│?? ├── crypto
│?? ├── drivers
│?? ├── fs
│?? ├── lib
│?? ├── mm
│?? ├── net
│?? ├── sound
│?? └── virt
├── modules.alias
├── modules.alias.bin
├── modules.block
├── modules.builtin
├── modules.builtin.bin
├── modules.dep
├── modules.dep.bin
├── modules.devname
├── modules.drm
├── modules.modesetting
├── modules.networking
├── modules.order
├── modules.softdep
├── modules.symbols
├── modules.symbols.bin
├── source -> build
├── updates
├── vdso
│?? ├── vdso32.so
│?? └── vdso64.so
└── weak-updates
1.2 MBR 与 BootSector 接下来我们来解决第一个问题，在没有根文件系统的前提下将内核加载进内存。
有了上述阐述，我们就可以开始讲解开机启动流程了。
1.2 Centos 系统的启动流程(MBR 架构) 启动流程:
POST: 加电自检。
x86 架构的计算机被设计成，只要通电就会去执行，主板上有个 ROM 芯片内的BOIS程序
通过 BIOS 程序去载入 CMOS 的信息，并且借由 CMOS 内的设置值取得主机的各项硬件参数及设置，例如硬盘的大小与类型
在获取硬件信息后，BIOS 会进行开机自我测试 (Power-on Self Test, POST) ，然后开始执行硬件侦测的初始化，并设置 PnP 设 备，之后再定义出可开机的设备顺序，接下来就会开始进行开机设备的数据读取
Boot Sequence:开机启动次序
家电自检完成后，计算机就会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用到的设备。
引导程序称为 BootLoader，又称引导加载器。
如果是通过U盘安装操作系统，就需要进入 BIOS 设置系统的开机启动次序
bootloader：引导加载器，程序，位于MBR中；
功能：
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，解压、展开，而后把系统控制权移交给内核
Windows：ntloader
Linux：
LILO：LIinux LOader
GRUB：Grand Uniform Bootloader
GRUB 0.X：Grub Legacy
GRUB 1.X：Grub2
MBR/GRUB:
MBR：Master Boot Record，512bytes：
446bytes：bootloader
64bytes：fat, 磁盘分区表
2bytes：55AA
GRUB：两阶段加载
bootloader：1st stage
Partition：filesystem driver, 1.5 stage
Partition：/boot/grub, 2nd stage
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）
以只读方式挂载根文件系统；
运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init
执行 init 程序：
CentOS 5：SysV init
CentOS 6：Upstart
init 的升级版，可以并行启动
配置文件:
/etc/inittab: 为向前兼容，基本没哟使用/etc/init/*.conf
CentOS 7：Systemd
配置文件：
/usr/lib/systemd/system//etc/systemd/system/
ramdisk：
Linux内核的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问；
升级: ramdisk –> ramfs
生成工具:
CentOS 5: initrd – mkinitrd
CentOS 6,7: initramfs – dracut, mkinitrd
1.3 总结:系统初始化流程（内核级别）
POST自检，
按照BootSequence(BIOS)查找能开机启动的设备
在设备的 MBR上加载 BootLoader，BootLoader 去磁盘分区上读取内核。
Kernel可能会借助于 ramdisk 加载真正根文件系统所在设备的驱动程序
内核装载 rootfs（readonly，并执行开机启动程序 /sbin/init
需要说明的是无论是下述的 ramdisk 还是 BootLoader 都是在安装操作系统时针对当前硬件生成的。所以 BootLoader 是能够识别当前主机的硬盘设备的。但是需要注意的是BootLoader 是需要和磁盘分区打交道的，而BootLoader 本身一般是无法驱动那些软设备，逻辑设备(LVM),也无法驱动RAID这些复杂的逻辑结构，因此内核只能放在基本的磁盘分区上。
13.1 CentOS系统启动流程介绍
标签：主机 家电 arc 识别 安装 编译 orm 地址 加载驱动
原文地址：https://www.cnblogs.com/lijianming180/p/12026637.html
