详解Linux系统开机后的启动过程

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详解Linux系统开机后的启动过程

来源: 作者: 时间:2015-12-19 09:47 【

这篇文章主要介绍了详解Linux系统开机后的启动过程,作者简单地列出了其五个步骤,需要的朋友可以参考下
这篇文章主要介绍了详解Linux系统开机后的启动过程,作者简单地列出了其五个步骤,需要的朋友可以参考下

Linux的启动其实和windows的启动过程很类似,不过windows我们是无法看到启动信息的,而linux启动时我们会看到许多启动信息,例如某个服务是否启动。

Linux系统的启动过程大体上可分为五部分:内核的引导;运行init;系统初始化;建立终端 ;用户登录系统。

A 内核引导

当计算机打开电源后,首先是BIOS开机自检,按照BIOS中设置的启动设备(通常是硬盘)来启动。紧接着由启动设备上的grub程序开始引导linux,当引导程序成功完成引导任务后,Linux从它们手中接管了CPU的控制权,然后CPU就开始执行Linux的核心映象代码,开始了Linux启动过程。也就是所谓的内核引导开始了,在内核引导过程中其实是很复杂的,我们就当它是一个黑匣子,反正是linux内核做了一些列工作,最后内核调用加载了init程序,至此内核引导的工作就完成了。交给了下一个主角init。

B 运行init

init 进程是系统所有进程的起点,你可以把它比拟成系统所有进程的老祖宗,没有这个进程,系统中任何进程都不会启动。init 程序首先是需要读取配置文件 /etc/inittab。inittab是一个不可执行的文本文件,它有若干行指令所组成。具体内容如下:(你可以在你的linux上执行命令 cat /etc/inittab 这样获得)

  

复制代码
代码如下:
# inittab This file describes how the INIT process should set up
  # the system in a certain run-level.
  #
  # Author: Miquel van Smoorenburg,
  # Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes
  #
  # Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
  # 0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
  # 1 - Single user mode
  # 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not havenetworking)
  # 3 - Full multiuser mode
  # 4 - unused
  # 5 - X11
  # 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
  #
  ###表示当前缺省运行级别为5(initdefault);
  id:5:initdefault:
  ###启动时自动执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本(sysinit)
  # System initialization.
  si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
  l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
  l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
  l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
  l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
  l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
  ###当运行级别为5时,以5为参数运行/etc/rc.d/rc脚本,init将等待其返回(wait)
  l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
  l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
  ###在启动过程中允许按CTRL-ALT-DELETE重启系统
  # Trap CTRL-ALT-DELETE
  ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
  # When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
  # of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
  # This does, of course, assume you have powerd installed and your
  # UPS connected and working correctly.
  pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"
  # If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
  pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"
  ###在2、3、4、5级别上以ttyX为参数执行/sbin/mingetty程序,打开ttyX终端用于用户登录,
  ###如果进程退出则再次运行mingetty程序(respawn)
  # Run gettys in standard runlevels
  1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
  2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
  3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
  4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
  5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
  6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
  ###在5级别上运行xdm程序,提供xdm图形方式登录界面,并在退出时重新执行(respawn)
  # Run xdm in runlevel 5
  x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon

以上面的inittab文件为例,来说明一下inittab的格式。其中以#开始的行是注释行,除了注释行之外,每一行都有以下格式:
  

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代码如下:
id:runlevel:action:process

  对上面各项的详细解释如下:

1. id

  id是指入口标识符,它是一个字符串,对于getty或mingetty等其他login程序项,要求id与tty的编号相同,否则getty程序将不能正常工作。
2. Runlevel

runlevel是init所处于的运行级别的标识,一般使用0-6以及S或s。0、1、6运行级别被系统保留:其中0作为shutdown动作,1作为重启至单用户模式,6为重启;S和s意义相同,表示单用户模式,且无需inittab文件,因此也不在inittab中出现,实际上,进入单用户模式时,init直接在控制台(/dev/console)上运行/sbin/sulogin。在一般的系统实现中,都使用了2、3、4、5几个级别,在CentOS系统中,2表示无NFS支持的多用户模式,3表示完全多用户模式(也是最常用的级别),4保留给用户自定义,5表示XDM图形登录方式。7-9级别也是可以使用的,传统的Unix系统没有定义这几个级别。runlevel可以是并列的多个值,以匹配多个运行级别,对大多数action来说,仅当runlevel与当前运行级别匹配成功才会执行。
3. action
  action是描述其后的process的运行方式的。action可取的值包括:initdefault、sysinit、boot、bootwait等: initdefault是一个特殊的action值,用于标识缺省的启动级别;当init由核心激活以后,它将读取inittab中的initdefault项,取得其中的runlevel,并作为当前的运行级别。如果没有inittab文件,或者其中没有initdefault项,init将在控制台上请求输入runlevel。  sysinit、boot、bootwait等action将在系统启动时无条件运行,而忽略其中的runlevel。其余的action(不含initdefault)都与某个runlevel相关。各个action的定义在inittab的man手册中有详细的描述。
4. process
  process为具体的执行程序。程序后面可以带参数。

Tips: 如果你看不懂这个文件,没有关系,随着你对linux的深入了解,你再回过头看这个文件你就会豁然开朗的。但是你现在必须要明白runlevel的各个级别的含义。

C 系统初始化

在init的配置文件中有这么一行: si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit 它调用执行了/etc/rc.d/rc.sysinit,而rc.sysinit是一个bash shell的脚本,它主要是完成一些系统初始化的工作,rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本。它主要完成的工作有:激活交换分区,检查磁盘,加载硬件模块以及其它一些需要优先执行任务。

rc.sysinit约有850多行,但是每个单一的功能还是比较简单,而且带有注释,建议有兴趣的用户可以自行阅读自己机器上的该文件,以了解系统初始化所详细情况。由于此文件较长,所以不在本文中列出来,也不做具体的介绍。当rc.sysinit程序执行完毕后,将返回init继续下一步。通常接下来会执行到/etc/rc.d/rc程序。以运行级别3为例,init将执行配置文件inittab中的以下这行:
  l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
 这一行表示以5为参数运行/etc/rc.d/rc,/etc/rc.d/rc是一个Shell脚本,它接受5作为参数,去执行/etc/rc.d/rc5.d/目录下的所有的rc启动脚本,/etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本实际上都是一些连接文件,而不是真正的rc启动脚本,真正的rc启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。而这些rc启动脚本有着类似的用法,它们一般能接受start、stop、restart、status等参数。

/etc/rc.d/rc5.d/中的rc启动脚本通常是K或S开头的连接文件,对于以以S开头的启动脚本,将以start参数来运行。而如果发现存在相应的脚本也存在K打头的连接,而且已经处于运行态了(以/var/lock/subsys/下的文件作为标志),则将首先以stop为参数停止这些已经启动了的守护进程,然后再重新运行。这样做是为了保证是当init改变运行级别时,所有相关的守护进程都将重启。

至于在每个运行级中将运行哪些守护进程,用户可以通过chkconfig或setup中的"System Services"来自行设定。

D 建立终端

rc执行完毕后,返回init。这时基本系统环境已经设置好了,各种守护进程也已经启动了。init接下来会打开6个终端,以便用户登录系统。在inittab中的以下6行就是定义了6个终端:
  

复制代码
代码如下:
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
  2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
  3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
  4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
  5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
  6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

 
 从上面可以看出在2、3、4、5的运行级别中都将以respawn方式运行mingetty程序,mingetty程序能打开终端、设置模式。同时它会显示一个文本登录界面,这个界面就是我们经常看到的登录界面,在这个登录界面中会提示用户输入用户名,而用户输入的用户将作为参数传给login程序来验
证用户的身份。

E 用户登录系统

对于运行级别为5的图形方式用户来说,他们的登录是通过一个图形化的登录界面。登录成功后可以直接进入KDE、Gnome等窗口管理器。而本文主要讲的还是文本方式登录的情况:当我们看到mingetty的登录界面时,我们就可以输入用户名和密码来登录系统了。

Linux的账号验证程序是login,login会接收mingetty传来的用户名作为用户名参数。然后login会对用户名进行分析:如果用户名不是root,且存在/etc/nologin文件,login将输出nologin文件的内容,然后退出。这通常用来系统维护时防止非root用户登录。只有/etc/securetty中登记了的终端才允许root用户登录,如果不存在这个文件,则root可以在任何终端上登录。/etc/usertty文件用于对用户作出附加访问限制,如果不存在这个文件,则没有其他限制。

在分析完用户名后,login将搜索/etc/passwd以及/etc/shadow来验证密码以及设置账户的其它信息,比如:主目录是什么、使用何种shell。如果没有指定主目录,将默认为根目录;如果没有指定shell,将默认为/bin/bash。

login程序成功后,会向对应的终端在输出最近一次登录的信息(在/var/log/lastlog中有记录),并检查用户是否有新邮件(在/usr/spool/mail/的对应用户名目录下)。然后开始设置各种环境变量:对于bash来说,系统首先寻找/etc/profile脚本文件,并执行它;然后如果用户的主目录中存在.bash_profile文件,就执行它,在这些文件中又可能调用了其它配置文件,所有的配置文件执行后后,各种环境变量也设好了,这时会出现大家熟悉的命令行提示符,到此整个启动过程就结束了。

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