Linux系统启动过程

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Linux启动时我们会看到许多启动信息,其过程可以分为5个阶段:

  1. 内核的引导
  2. 运行 init
  3. 系统初始化
  4. 建立终端
  5. 用户登录系统

内核引导

计算机打开电源后,首先是BIOS开机自检,按照BIOS中设置的启动项(通常是硬盘)来启动。操作系统接管硬件以后,首先读入/boot目录下的内核文件
运行init
init进程是系统所有进程的起点,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。

init程序的类型:

  1. SysV: init, CentOS 5之前, 配置文件: /etc/inittab。
  2. Upstart: init,CentOS 6, 配置文件: /etc/inittab, /etc/init/*.conf。
  3. Systemd: systemd, CentOS 7,配置文件: /usr/lib/systemd/system、 /etc/systemd/system。

运行级别

许多程序需要开机启动。它们Windows中叫做“服务(service)”,在Linux中就叫做“守护进程(daemon)”。

init进程的一个重要任务,就是去运行这些开机启动的程序。但是不同场合需要启动不同的程序,比如用作服务器时,需要启动Nginx;用做桌面时,就不需要。

Linux允许为不同的场合,分配不同的开机启动程序,这就叫做“运行级别(runlevel)”,也就是,启动时根据运行级别,确定要运行哪些程序。

Linux有7个运行级别(runlevel):

  1. 运行级别0:系统停机状态,系统默认运行级别不能设为0,否则不能正常启动
  2. 运行级别1:单用户工作状态,root权限,用于系统维护,禁止远程登陆
  3. 运行级别2:多用户状态(没有NFS)
  4. 运行级别3:完全的多用户状态(有NFS),登陆后进入控制台命令行模式
  5. 运行级别4:系统未使用,保留
  6. 运行级别5:X11控制台,登陆后进入图形GUI模式
  7. 运行级别6:系统正常关闭并重启,默认运行级别不能设为6,否则不能正常启动

系统初始化

Linux 内核启动之后,启动的第一个进程就是 init 进程。该进程从 /etc/inittab 文件中读取配置,对系统进行一系列的初始化工作。

在init的配置文件中inittab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。

inittab 文件的每一行的基本格式如下所示:

l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5

以上代码表示以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 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。

使用冒号分成了四段:

  1. ID:用于标识该配置项的 id,长度为 1~4 个字符。
  2. 运行级:列出在哪些运行级时执行该配置项的命令。本例表明使用运行级 5 启动系统时执行该条指令。
  3. 动作:指示该条命令应该如何执行。本例中动作为 wait,表示在这条命令未执行完之前不要去执行下一条命令。
  4. 进程:执行该项时需要启动的可执行文件名及其参数。

常见的动作如下:

  1. initdefault: 该配置项指定系统的默认运行级。
  2. respawn: 该配置项所指定的进程如果被结束,则重新启动该进程。
  3. wait: 该配置项指定的进程在运行结束之前不要执行下一条配置项。
  4. once: 切换到对应的运行级之后,仅执行指定的进程一次。
  5. sysinit: 无论以什么运行级启动,系统启动时都要执行该配置项指定的进程。
  6. boot: 仅在系统启动时执行一次。
  7. bootwait: 仅在系统启动时执行一次,在执行结束之前不执行下一条配置项
  8. powerfail: 当接收到UPS的断电通知时执行该项指定的进程。
  9. powerwait: 与powerfail相同,但init会等待进程执行结束。
  10. powerokwait: 接收到UPS的供电通知时执行。
  11. ctrlaltdel: 当用户同时按下 Ctrl+Alt+Del 时执行该项指定的进程。

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:

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。

用户登录系统

一般来说,用户的登录方式有三种:

  1. 命令行登录
  2. ssh登录
  3. 图形界面登录

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。

文本方式登录: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 用户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。

图形与文字模式切换

Linux预设提供了六个命令窗口终端机让我们来登录。
Linux系统启动过程
默认我们登录的就是第一个窗口,也就是tty1,这个六个窗口分别为tty1,tty2 … tty6,你可以按下Ctrl + Alt + F1 ~ F6 来切换它们。

如果你安装了图形界面,默认情况下是进入图形界面的,此时你就可以按Ctrl + Alt + F1 ~ F6来进入其中一个命令窗口界面。

当你进入命令窗口界面后再返回图形界面只要按下Ctrl + Alt + F7 就回来了。

如果你用的vmware 虚拟机,命令窗口切换的快捷键为 Alt + Space + F1~F6. 如果你在图形界面下请按Alt + Shift + Ctrl + F1~F6 切换至命令窗口。

Linux 关机

在linux领域内大多用在服务器上,很少遇到关机的操作。毕竟服务器上跑一个服务是永无止境的,除非特殊情况下,不得已才会关机。

正确的关机流程为:sync > shutdown > reboot > halt

关机指令为:shutdown ,你可以man shutdown 来看一下帮助文档。

例如你可以运行如下命令关机:

sync 将数据由内存同步到硬盘中。

shutdown 关机指令,你可以man shutdown 来看一下帮助文档。例如你可以运行如下命令关机:

shutdown –h 10 ‘This server will shutdown after 10 mins’ 这个命令告诉大家,计算机将在10分钟后关机,并且会显示在登陆用户的当前屏幕中。

shutdown –h now 立马关机

shutdown –h 20:25 系统会在今天20:25关机

shutdown –h +10 十分钟后关机

shutdown –r now 系统立马重启

shutdown –r +10 系统十分钟后重启

reboot 就是重启,等同于 shutdown –r now

halt 关闭系统,等同于shutdown –h now 和 poweroff

不管是重启系统还是关闭系统,首先要运行 sync 命令,把内存中的数据写到磁盘中。

关机的命令有 shutdown –h now halt poweroff 和 init 0 , 重启系统的命令有 shutdown –r now reboot init 6

未经允许不得转载:作者:鳄鱼君, 转载或复制请以 超链接形式 并注明出处 鳄鱼君
原文地址:《Linux系统启动过程》 发布于2020-06-27

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