14-CentOS启动流程

CentOS启动流程粗讲(细讲见本文档)
  1. POST：Power On Self Test 加电自检
	ROM中存放了BIOS系统和自检程序，当主板加电后会将BIOS载入内存空间执行检测，当检测通过后会通过检测boot顺序读取MBR
  2. 读取MBR中前446个字节，boot loader，引导加载器
	boot loader有grub|grub2|Lilo等，当BIOS载入bootloader后，将控制权交给bootloader(GRUB)，grub去加载内核，grub首先要能够识别文件系统，grub中应当声明内核的位置，在第二阶段的boot基本磁盘分区中，/boot/grub/grub.conf中定义了内核位置信息
	/boot/grub/grub.conf
	  default=0  默认启动的内核
	  timeout=5  默认等待时间
	  hiddenmenu  隐藏式菜单，需按任意键显示
	  splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz  
可使用Imagemagick包安装convert生成xpm格式的图片
		图片的要求必须是XPM格式
		必须使用gzip压缩
		最多使用14位颜色显示
	 	分辨率640*480
  GRUB的功能
	1) 选择要启动的内核或者操作系统
	   能够隐藏选择界面
	2) 交互式接口
	   e  编辑模式
	3) 基于密码保护
	   启用内核映射，password段定义在相应的title下，对内核进行加密
	   传递参数[进入编辑模式]，password端定义在全局段中
	   加载VMLinux至内存
  3. kernel运行
	通过initrd加载根文件系统，initrd中包含根文件系统所在设备的驱动和相关程序，是kernel能够识别并加载根文件系统的桥梁
  4. init运行 /sbin/init
	配置文件：/etc/inittab  /etc/init/*.conf
    通过/etc/init/rcS.conf & /etc/init/rc.conf 确认系统的启动级别
	进入相应的目录/etc/rc.d/rc#.d/S*，执行对应启动级别下的服务
	脚本的实际位置：/etc/init.d/*
init的任务
	1) 设定默认的运行级别
	2) 指定系统运行的初始化脚本-->/etc/rc.sysinit
	3) 启动指定级别下需要启动的服务
	4) 定义Ctrl+Alt+Delete组合键的动作
	5) 初始化字符终端（对应的设备是/dev/*,调用login-->/etc/issue）
6) 启用图形终端（X-window桌面管理器）
  init级别定义
	0  关机
	1  singe 单用户模式
	2  无网络的完全模式
	3  完整的多任务多用户的模式
	4  保留
	5  图形界面
	6  重启
  系统初始化脚本完成的任务
	1) 设置主机名
	2) 打印文本欢迎信息-->/tec/issue
	3) 激活SELinux和udev
	4) 激活swap
	5) 挂载/etc/fstab中定义的本地文件系统
	6) 检测文件系统并以读写的方式挂载
	7) 设置系统时钟
	8) 装载键盘映射
	9) 根据/etc/sysctl.conf设置内核参数
	10) 激活软RAID和LVM设备
	11) 清理操作
root忘记密码的操作方式
1.进入单用户模式-->e-->选择内核版本e-->编辑：1/single 回车保存-->b 重启进入单用户
  2.使用启动盘，进入修复模式更改root的密码，按照提示进行
	~]# chroot /mnt/sysimage    #切换到真实操作系统目录下
	~]# passwd root    #修改用户密码
	~]# exit    #退出当前根
	~]#reboot    #重启
 
  手动安装GRUB
	使用光盘进入救援模式
	~]# chroot /mnt/sysimage
	~]# grub
	>root (hd0,0)    #第一块磁盘的第一个分区
	>setup (hd0)
	>quit
	~]# exit
	~]# reboot

linux启动流程细讲：
centos的启动流程（5&6）
  linux：kernel+rootfs
  kernel的功能：进程管理、内存管理、网络管理、驱动管理、文件系统、安全管理
  glibc (gnu lib) C标准库(系统调用的再封装)
  glibc已经属于用户空间，在根文件系统上
  库：函数的集合，function（功能），调用的接口为函数。库也是二进制程序，但是库文件没有独立的运行接口，只能被调用。
  库文件：*.so (share object) 共享对象。
  过程调用：procedure，无返回值的代码片段，它的作用可能是环境的准备，并不需要返回值。
  函数调用：function，有返回值。

内核的设计流派 ：
	1. 单内核设计：把所有的功能集成到同一程序
	2. 微内核设计：windows、solaris，微内核的设计能真正意义上实现线程模型，每种功能使用一个单独的子系统实现。

linux的特点：
	1. 支持模块，linux将支持的功能做成模块
	  内核模块 只能被内核调用，称为内核对象
	  .ko （kernel object）内核对象
	2. 支持模块的动态装载、卸载
	模块化的设计使得内核不会变得过于庞大，需要的时候装载模块，不需要的时候卸载模块。
组成部分：
	核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release (内核也被做成rpm包，release为rpm包的release号)
	模块文件：/lib/modules/Version-Release/kernel/....
	/lib/modeles下的文件（目录）名与内核版本号和发行号保持严格一致。

虚根（微型的根文件系统）
	内核借助它来驱动硬盘上的文件系统，这个微型的根文件系统是在操作系统安装时生成的（安装程序时一定能够识别硬盘类型的），里面记录了这个操作系统上文件系统的驱动，这使得内核能够加载根文件系统上的模块，从而启动起来
	ramdisk（辅助工具，虚根）是基于内存的磁盘，本地回环设备文件，将文件当做磁盘来使用，在系统启动时直接被装入内存，在内存中把一段空间当做磁盘使用，从而使得内核能够加载到根，能运行根上的应用程序，能装载根上的群东程序。
	为了避免内核意为加载到虚根后完成任务，因此还需要做根切换
  /boot/initrd-Version-release.img  CentOS5中ramdisk模拟成硬盘
  /boot/initramfs-Version-release.img  CentOS 6/7中模拟成文件系统，可以提高存储效率
Tips：硬盘驱动是硬件层次的识别，如插入设备后BIOS会进行扫描，在BOOT选项中可以看到

CentOS系统启动流程（X86平台）
  POST加电自检：
	ROM芯片：CMOS固化程序，CMOS中科做一些设定
	CMOS中的设定叫做BIOS，（Basic Input and outpout system）
	用于设定硬件之间的协作方式，启动硬件哪些功能，这些程序需要CPU才能运行（执行）
	内存是由ROM和RAM构成，32位编址，ROM先进行编址，再编址RAM，CPU加电就你能够完成自举，即去固定的地址空间加载一段程序，这个地址空间就是ROM提供的，从而完成加电自检，自检完成后出现BIOS界面（不选择就不会进入BIOS界面）
	BIOS会通过设定好的BOOT Sequence（引导顺序）加载对应磁盘上的MBR中的bootloader，只要在按顺序查找的任何一个设备可被引导，无论是否能加载操作系统，都不会去找下一个设备。
	按boot sequence查找可引导的设备，第一个有引导程序的设备即为本次启动的设备。
	boot loader：引导加载器（一段程序），任何操作系统安装时提供并安装的。
	  windows的boot loader为NTloader
	  linux：linux loader（LILO 较老） 不支持1024柱面后的分区，在移动设备上使用广泛
	  		GRUB（Grand unifrom bootloader）统一引导加载器
			GUB2（是完全重写的，二者不是同一个东西），常用的版本为0.97版的一代G
boot loader 找到操作系统所在磁盘分区，将内核加载至内存中，并且将控制权常常移交给内核程序
	boot loader放在MBR中的前446bytes中，接下来的64字节为磁盘分区表，每16字节表示一个分区，最后的两字节表示bootloader是否有效
	MBR位于0盘面、0磁道、0扇区
	bootloader是安装操作系统的时候安装的，手动也可以安装，只要存在分区，MBR中的64bytes分区表一定在使用，但bootloader不一定被使用。

bootloader会提供一个菜单，允许用户选择要启动的操作系统内核的版本，当内核装载至指定的内存空间内自解压，展开后硬件的控制权限交给内核。

GRUB分为两个阶段：
	第一阶段是放在boot loader中的，（1st stage）的主要作用是找到硬盘上的第二阶段
	第二阶段位于硬盘上，（2nd stage），于是GRUB的菜单就变得非常漂亮，功能也变得完善。
	GRUB还有一个1.5阶段，是帮助GRUB识别文件系统的
	/boot/grub  许多1.5*文件，都是各类型的文件系统，是为了让第一阶基于这些内容去识别第二阶段，文件系统也叫驱动，但这些文件系统放在分区上，因此，这也是操作系统安装时就设定好的，将安装时选用的文件系统对应的1.5*驱动放在MBR随后的一段空间上，这里存放的一定是能驱动文件系统的驱动文件，从而使得GRUB进入第二阶段
	
kernel：大多数的内核是自解压的，展开后进行初始化
	内核接管后会探测各硬件，如有驱动就安装驱动，挂载根文件系统并启动init，当没有硬件驱动时，使用基本的驱动访问或不加载驱动

内核的初始化：
	探测可识别的硬件设备，架子啊硬件驱动程序，有可能会借助ramdisk加载驱动。
	以只读的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
  init程序的类型：
	sysv风格：init  centos5：以脚本的方式运行启动程序，效率很低，且服务启动有先后顺序，不能够并行运行。
	upstart：由Ubuntu研发，不用等前一个服务完全启动，差不多一并行的方式进行，通过内核间的一种通信方式来实现，启动的任然是脚本，在CentOS上使用init命名，以service进行服务的管理。
	systemd：无需脚本来启动，systemd本身就是一个强大的解释器，需要借助其他程序来启动服务，自身就能够完成加载并提交给内核，不需要bash参与。只要暂时用不到的服务在启动时不启动，但会告诉内核所有的服务都启动了，当用户第一次访问到该服务时才会将该服务启动，这使得开机可以完成秒级启动。
  CentOS7上 systemd保留了原名，由systemctl进行服务的管理

内核的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上文件的访问
  ramdisk: initrd加载仅内存后将该段内存当做磁盘使用，但是内核会认为任何磁盘的性能都比较慢，会将数据先加载到内核的缓冲区，因此，本身就处于内存中的数据还要缓存一次，因此，使用ramdisk的方式较慢。
  ramfs：initramfs装载进内存后，被内核识别为文件系统，文件系统自身能完成缓冲和缓存的管理。
  initrd/initramfs 是由操作系统安装后根据用户的实际环境动态生成的，动态生成需要工具。
  CentOS 5 initrd  工具程序 mkinitrd（脚本）
  CentOS 6 initramfs 工具程序 dracut
centos5 上 initrd 配置文件在/etc/inittab
centos6   兼容/etc/inittab,/etc/init/*.conf
	upstart程序的配置文件，启动服务时可以通过写入配置文件来实现，但是在CentOS上依然采取了/etc/init.d/*.sh的方式来完成服务的启动，因此启动的速度提升不明显。
centos7  system配置文件存放目录
	/usr/lib/systemd/system
	/etc/systemd/system
内核一旦装载并运行init程序，接下来的工作都由init完成，内核在启动过程中完成。
系统的初始化：
	POST-->BOOTsequence（BIOS）-->BootLoader（MBR）-->kernel(ramdisk)-->rootfs(只读)-->init

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