1、Linux操作系统引导过程

1.1 引导过程总览

linux引导过程一般包括以下几个阶段： 开机自检 、 MBR 引导 、GRUB 菜单 、加载Linux内核 、 init 进程初始化 。

1.1.1 开机自检

服务器主机开机以后，将根据主板 BIOS 中的设置对 CPU（Central Processing Unit， 中央处理器）、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测，检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权，大多时候会移交给本机硬盘。

1.1.2 MBR引导

当从本机硬盘中启动系统时，首先根据硬盘第一个扇区中 MBR（Master Boot Record， 主引导记录）的设置，将系统控制权传递给包含操作系统引导文件的分区；或者直接根据 MBR 记录中的引导信息调用启动菜单（如 GRUB）。 总结：运行放在MBR扇区里的启动菜单GRUB引导程序。

1.1.3 GRUB菜单

对于 Linux 操作系统来说，GRUB（GRand Unified Bootloader，统一启动加载器）是使用最为广泛的多系统引导器程序。系统控制权传递给 GRUB 以后，将会显示启动菜单给用户选择，并根据所选项（或采用默认值）加载 Linux 内核文件，然后将系统控制权转交给内核。需要注意的是，CentOS 7 采用的是 GRUB2 启动引导器。 总结：GRUB引导程序通过读取GRUB配置文件/boot/grub2/grub.cfg，来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置。 （即选择内核文件和系统类型）

1.1.4 加载Linux内核

Linux 内核是一个预先编译好的特殊二进制文件，介于各种硬件资源与系统程序之间， 负责资源分配与调度。内核接过系统控制权以后，将完全掌控整个 Linux 操作系统的运行过 程。在 CentOS 系统中，默认的内核文件位于“/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64”。 总结：把内核和镜像文件系统加载到内存中，使其可以使用。

1.1.5 init进程初始化

为了完成进一步的系统引导过程，Linux内核首先将系统中的“/sbin/init”程序加载到内存中运行（运行中的程序称为进程），init 进程负责完成一系列的系统初始化过程，最后等待用户进行登录。CentOS 7 采用的是 Systemd 启动方式。 总结：加载硬件驱动程序，内核把init进程加载到内存中运行。

1.2 系统初始化进程（init和Systemd介绍）

1.2.1 init进程

• 由Linux内核加载运行/sbin/init 程序；
• init进程是系统中第一个进程；
• init进程的PID（进程标记）号永远为1。

1.2.2 Systemd进程

• Systemd是Linux操作系统中的一种init软件；
• CentOS7中采用全新的Systemd启动方式，取代传统的SysVinit；
• CentOS7中运行的第一个init进程是/lib/systemd/systemd

使用 pstree 命令可以查看系统中的所有进程，可以看出systemd是所有进程的父进程。

使用 ps 命令可以查看所有进程的PID，可看出systemd的进程号始终为1。

1.2.3 传统init和systemd比较

• 传统init依赖于串行执行Shell 脚本启动服务，导致效率低下，系统启动速度较慢。
  
• Systemd能够将更多的服务进程并行启动，并且具有提供按需启动服务的能力，使得启动更少进程，从而提高系统启动速度 。
  

1.3 Systemd 单元类型

在Systemd中不同类型的systemd对象被统一称为单元（unit），是让系统知道该如何进行操作和管理资源的主要对象，所以systemd有许多单元类型。 Systemd单元文件最初默认存放在/lib/systemd/system目录中，每当安装新的软件都会自动在这个目录中添加一个配置文件。通过配置文件进行标识和配置不同单元；文件中主要包含了系统服务、监听。

systemctl 命令用于管理各种类型的systemd单元，可以使用 “systemctl -t help” 命令来查询systemd支持的单元类型。

[root@localhost ~]# systemctl -t help
 Available unit types:
 service
 socket
 busname
 target
 snapshot
 device
 mount
 automount
 swap
 timer
 path
 slice
 scope
复制代码

使用“ls /lib/systemd/system”可以查看系统中所有的单元文件。（图片中只是其中一部分）

1.4 运行级别所对应的 Systemd 目标

2、排除启动类故障

2.1 修复MBR扇区故障

2.1.1 故障原因和解决思路

故障原因：

• 病毒、木马的等造成的破坏；
• 不正确的分区操作、磁盘读写误操作等。

故障现象：

• 找不到引导程序，启动中断；
• 无法加载操作系统，开机后黑屏。

解决思路：

• 提前添加一块新硬盘；
• 提前做好备份文件（将MBR扇区备份到另一块硬盘上）；
• 以安装光盘引导进入急救模式；
• 从备份文件中恢复。

MBR扇区：

第一块硬盘的第一个物理扇区共512字节，其中前446字节为MBR（主引导记录），后64字节为硬盘分区表，最后2字节为硬盘标识。

备份命令：

mkdir /data/aa
 mount /dev/sdb1 /data/aa
 dd if=/dev/sda  of=/data/aa/mbr.bak  count=512  bs=1
复制代码

在光盘中恢复MBR扇区命令：

sh-4.2# mkdir /backup
 sh-4.2# mount /dev/sdb1 /data/backup
 sh-4.2# dd if=/backup/mbr.bak  of=/dev/sda  count=512  bs=1
复制代码

2.1.2 案例演示1（将MBR扇区备份到另一块硬盘）

1）提前添加一块新硬盘，将MBR扇区备份到新硬盘中。

提前添加好新硬/dev/sdb，设置分区sdb1，将sdb1挂载到/data/aa目录下，之后将/dev/sda的MBR扇区备份到/data/aa目录下。

因之前已添加新硬盘并分区，此处不再演示。

[root@localhost ~]# mount /dev/sdb1 /data/aa    //将sdb1挂载到/data/aa目录下
 [root@localhost ~]# dd if=/dev/sda of=/data/aa/mbr.bak bs=512 count=1  //将MBR扇区备份到/dev/sdb1 中
 记录了1+0 的读入
 记录了1+0 的写出
 512字节(512 B)已复制，0.000181506 秒，2.8 MB/秒
 [root@localhost ~]# ls /data/aa
 mbr.bak
复制代码

2）破坏MBR分区表，模拟扇区故障。

先查看正常的MBR扇区，之后使用空字符串覆盖掉MBR扇区内容（即/dev/sda的前512字节），再查看破坏后的MBR扇区。最后进行重启，查看能否正常启动。

[root@localhost ~]# hexdump -C -n 512 /dev/sda      //查看/dev/sda的前512字节
 [root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=512 count=1     //使用空字符串覆盖掉前512字节
 记录了1+0 的读入
 记录了1+0 的写出
 512字节(512 B)已复制，0.000149214 秒，3.4 MB/秒
 [root@localhost ~]# hexdump -C -n 512 /dev/sda      //查看破坏后的MBR扇区
 00000000  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
 *
 00000200
 [root@localhost ~]# reboot     //重启系统，观察能否正常启动
复制代码

3）重启观察故障情况。因为第一块硬盘的引导程序被破坏，系统自动改用光盘启动。选择Troubleshooting，之后选择rescue mode（急救模式），使用备份文件恢复MBR扇区。

• 重启发生故障，无法正常启动。

• 选择 troubleshooting ，然后选择“Rescue a CentOS system”（急救模式），从备份文件中恢复MBR扇区，最后重新启动。

2.2 修复GRUB引导故障

2.2.1 故障原因和解决思路

故障原因：

• MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
• grub.cfg 文件丢失、引导配置有误

故障现象：

• 系统引导停滞，显示“grup>” 提示符

解决思路：

• 尝试手动输入引导命令（笨拙繁琐，不建议使用）
• 提前备份文件，恢复MBR扇区中的grub引导程序
• 进入急救模式，重写或者从备份中恢复grub.cfg 文件