CentOS系统启动流程

简介:

CentOS系统启动流程:以CentOS 5为例说明

POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader(MBR) --> kernel(ramdisk) --> rootfs(readonly) --> switchroot --> /sbin/init(CentOS 5,6,7不同) --> 设置默认运行级别 --> 系统初始化脚本 --> 关闭启动对应级别下的服务 --> 启动终端(图形终端)--> 操作系统启动完成


系统初始化流程(内核级别):

1.POST:加电自检


开机加电后,系统自检硬件设备包括cpu、内存、硬盘、显示设备等,这个过程叫加电自检POST;一旦通电会

自动读取ROM有个带电芯片CMOS程序并运行即按次序查找可引导设备,第一个有引导程序的设备即为本次启动要用到的设备;引导程序叫bootloader引导加载器。


2.BIOS:第一顺序启动的设备


ROM中的信息一旦写入就不能进行修改,其信息断电之后也仍然保留。而CMOS是微机主板上的一块可读写的RAM芯片断电以后保存在上面的数据会自动消失,需要主板电池供电;对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序,现在厂家将CMOS设置程序做到了BIOS芯片中,因此CMOS设置又通常叫做BIOS设置。BIOS(基本输入输出系统)也是固化在当前主机ROM芯片中的代码,实现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


3.Bootloader:引导加载程序启动内核


bootloader引导程序的功能:

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,把用户选定多内核装载到RAM(内存)中的特点空间中,解压、展开,而后把整个系统控制权移交给内核,即完成把内核加载到内存空间中。


Bootloader引导加载器是安装在硬盘或光盘甚至是U盘上的程序,系统加电后运行的第一段软件代码。Bootloader引导加载程序位于磁盘中的MBR中,每个磁盘或每个磁盘中的分区中都有MBRMBR是磁盘上的第一个扇区又叫做主引导扇区,是计算机开机后访问硬盘时所必须要读取的首个扇区,分三部分:


MBR:Master Boot Record(主引导记录)

512bytes:

     446bytes:bootloader(引导程序)

     64bytes:fat(分区表)

     2bytes:55AA(标记MBR有效)


MBR是由分区程序(如Fdisk,Parted)所产生的,它不依赖任何操作系统,而且硬盘引导程序也是可以改变的,从而能够实现多系统引导。仅仅包含一个64个字节的硬盘分区表。由于每个分区信息需要16个字节,所以对于采用MBR型分区结构的硬盘(其磁盘卷标类型为MS-DOS),最多只能识别4个主要分区。所以对于一个采用此种分区结构的硬盘来说,想要得到4个以上的主要分区是不可能的。这里就需要引出扩展分区,扩展分区也是主分区(Primary partition)的一种,但它与主分区的不同在于理论上可以划分为无数个逻辑分区,每一个逻辑分区都有一个和MBR结构类似的扩展引导记录(EBR)。


Linux中有多种引导加载程,常见的有最早的LILO,缺点:LILO无法支持大硬盘,如果内核或加载的系统位于1024柱面以后的分区上,LILO是加载不了,但在安卓手机上应用较广泛;后来被GRUB取代,GRUB有两个版本GRUB 0.x(Grub Legacy)和GRUB 1.x(Grub2)两者从设计理念上完全不同。


Linux中的引导加载程Bootloader有多种实现方式

    LILO:LIinux LOader

    GRUB:Grand Uniform Bootloader

        GRUB 0.x:Grub Legacy

        GRUB 1.x:Grub2

GRUB(Boot Lloader):

    bootloader:1st stage

    Partiton:filesystem driver,1.5 stage

    Partition:/boot/grub,2nd stage


Grub Legacy:分三阶段

    stage1:存放在MBR上

    stage1_5:存放在MBR之后的扇区,让stage1中的bootloader能识别stage2所在的分区上的文件系统;

    stage2:磁盘分区(/boot/grub/)

引导加载程序先读取MBR上的gurb第一阶段,由于MBR很小只有512字节采用grub这种方式引导程序,随后读取扇区中的stage1.5阶段,读取1.5阶段以后从而就能驱动第二阶段stage2所在的磁盘分区,stage2是存放在磁盘分区上的还包括了内核文件及ramdisk等都在这个分区上存放的;这就是为什么通过Bootloader之grub就能够加载内核文件的原因。


注意:当前硬件平台,主板BIOS必须能识别硬盘,然后BIOS才能加载硬盘中的Bootloader,磁盘中的Bootloader自身加载完以后,就能够识别当前主机上的硬盘设备了。

但硬盘设备能识别,并不代表硬盘上的文件系统能识别,因为文件系统是额外附加的一层软件组织的文件结构,所以要能够对接一种文件系统,必须要用到文件系统驱动;对应的应用程序必须能识别和理解这样的文件系统才可以,这种程序就称为文件系统驱动;grub的1.5阶段就是给gurb提供了文件系统驱动的,从而就能够访问对应的第二阶段和内核所在的分区了,这通常是一个基本磁盘分区;所以grub第二阶段以及内核和ramdisk文件通常都会放在一个基本磁盘分区上;因为grub驱动不了逻辑卷这种高级接口。

stage2一般是挂载至/boot/grub/目录下;grub也有自己的配置文件:/boot/grub/grub.conf且通常有个符号链接文件:/etc/grub.conf;

stage2的功用:

第一:提供菜单或交互式接口;

第二:能加载用户选择的内核或操作系统;

第三:为菜单通过了保护机制。

4.加载kernel(ramdisk)


通过grub加载到内核后,就在内存中解压并展开就可完成后续操作即内核自身初始化;分为四步:

第一:探测可识别的所有硬件设备

第二:加载硬件驱动程序;(有可能会借助于randisk加载驱动)

第三:以只读方式挂载根文件系统

第四:运行用户空间的第一个应用程序:/sbin/init

其中有可能会借助于randisk加载驱动ramdisk:是基于内存的磁盘设备


如果内核把已知根文件系统所在的磁盘设备驱动程序编译进内核(一般自己编译内核含此驱动),此时就不需要这个ramdisk,所以发行商提供的安装系统文件不可能包含所有驱动在内核中。

这样,要想加载根文件系统,就要先加载根文件系统所在的磁盘设备驱动,而驱动就在根上因此,就不能依赖于根上的驱动程序来加载根文件系统;要借助于ramdisk临时根文件系统来加载根文件系统所在的磁盘设备驱动,从而加载根文件系统;

ramdisk临时根文件系统不是操作系统发行商直接在光盘上自带的,而是在安装操作系统后临时生成的,它在安装操作系统后,能扫描当前主机硬盘设备的型号,并找到相关驱动做成一个临时根;所以这个临时根是为每个用户安装过程生成以后动态创建的。


ramdisk临时根是把内存某段空间当做磁盘使用,而Linux内核特性是使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问,这就是为什么在centos5上使用ramdisk(initrd),在后来的centos6,7上使用的ramfs的原因,避免了在内存中的双缓冲和双缓存

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5.挂载根文件系统


一旦内核借助于ramdisk提供的临时根完成加载真正的根文件系统所在的设备,下一步就装载根文件系统,内核会自动把根文件系统所在的设备挂载至根上,所以说根是在内核中就是这个原因所在。

6.切换


在挂载根文件系统时为了避免内核中有bug或操作过程中有bug导致根文件系统被损坏,先只读挂载根文件系统,加载完成后才读写挂载,完成整个挂载根文件系统后,直接去找/sbin/init程序,即开始运行用户空间的第一个程序。

用户空间启动流程

7./sbin/init程序


init程序主要依赖于配置文件:/etc/inittab,大体分为:设定默认启动级别 --> 设定系统初始化脚本 --> 启动对应级别的服务 --> 打印各终端登录界面(如果级别为3处理提供文本登录界面,如果级别为5还提供图形登录界面)

8. 设置默认运行级别


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:共7个级别;

    0:关机,shutdown

    1:单用户模式(single user),root用户,无须认证,维护模式;

    2:多用户模式(multi user),会启动网络功能,但不会启动NFS,维护模式;

    3:多用户模式(multi user),完全功能模式,文本界面;

    4:预留级别:目前无特别使用目的,但习惯以同3级别功能使用;

    5:多用户模式(multi user),完全功能模式,图形界面;

    6:重启,reboot

即在配置文件:/etc/inittab定义了很多功能,每一行定义一种操作(action)以及与之对应的process(仅适用于CentOS 5),一行就定义了init要执行的任务,甚至是一堆任务,每一行的语法格式为:

id:runlevels:action:process


id为一个任务的标识符;

runlevels:在哪些运行级别下启动此任务;3,2345,也可为空表所有级别;

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:一旦此任务终止时,就自动重启;

    initdefault:设定默认允许级别;此时process省略为空;

    sysinit:设定系统初始化方式,此处一般为指定/etc/rc.d/rc.sysinit脚本;(CentOS 5,6都用到此脚本,CentOS 7是靠systemd完成的),在CentOS 6中仅保留此配置文件中设定启动运行级别的功能。

process:具体任务;通常为应用程序,或脚本,或二进制的程序,取决于自定义。

9.系统初始化脚本


系统初始化脚本:/etc/rc.d/rc.sysinit

(1)设置主机名;

(2)设置欢迎信息;

(3)激活udev和selinux;

(4)挂载/etc/fstab文件中定义的所有文件系统;

(5)检测根文件系统,并以读写方式重新挂载根文件系统;

(6)设置系统时钟;

(7)根据/etc/sysctl.conf文件来设置内核参数;

(8)激活lvm即软raid设备;

(9)激活swap设备;

(10)加载额外设备的驱动程序;

(11)清理操作;

注意:在init配置文件:/etc/inittab中,有一行内容是定义/etc/rc.d/rc.sysinit,此脚本文件是负责完成系统初始化的脚本文件。

10.关闭/启动对应级别下的服务


脚本文件/etc/rc.d/rc作用为当级别切换时启动或停止服务;此脚本接受传递的参数给脚本中$runlevel变量,然后,读取/etc/rc$runlevel.d/K*和/etc/rc$runlevel.d/S*所有文件,这些文件就是为什么开机启动后,有些服务会自动启动,有些服务没有启动的原因。

K*:要停止的服务,K##*,优先级,数字越小,越优先关闭,依赖的服务先关闭,然后再关闭被依赖的。

S*:要启动的服务,S##*,优先级,数字越小,越是优先启动,被依赖的服务先启动,而依赖的服务后启动。

/etc/rc.d/init.d目录还有个链接目录为/etc/init.d目录,这两目录下文件相同。


11.启动终端(图形终端)

 操作系统启动完成










本文转自 crystaleone 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/linsj/1760006,如需转载请自行联系原作者
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