CentOS系列启动流程和内核原理（5系列，6系列，7系列）
前言，本來讓我寫博客我是拒絕的然而看見大家都在寫，還能不能一起友好的玩耍了？
我要是不寫怎能和同大神們一起ZB呢？遂開博客！
一、Linux啟動內核文件
1.Linux系統(tǒng)組成
動態(tài)視角：內核+根文件系統(tǒng)
靜態(tài)視角：磁盤分區(qū)+相關文件
2.Kernel特點
(1)支持某塊化：.ko (kernel object)文件
centos7的ko文件：
centos6的ko文件：
注意：
????Linux內核模塊文件的命名方式通常為<模塊名稱.ko>
????centos6系統(tǒng)的內核模塊被集放在/lib/modules/'uname -r '/目錄下
????centos7系統(tǒng)的內核模塊被集放在/usr/lib/modules/'uname -r '/目錄下
(2)支持模塊運行時動態(tài)裝載或卸載；
模塊的相關命令：
a)加載模塊：insmod?? modprobe
insmod和modprobe的區(qū)別
當a模塊與b模塊有依賴關系時，假設安裝b模塊需先安裝a模塊。
如果用insmod命令那么需要先insmod? a.ko 然后再insmod? b.ko。
如果用modprobe命令那么直接可以modprobeb.ko。
其中/lib/modules/“內核版本號”/modules.dep中記錄了模塊之間的依賴關系。
通過modprobe加載的內核均在當前的計算機內有效，計算機重新啟動后需要重新加載才有效。
如果想要開機后自動掛載內核，需要將modprobe命令寫入/etc/rc.sysint文件中
b)卸載模塊：rmmod????modprobe -r
rmmod：只需要調用模塊名即可，比如安裝的時候是inmod? a.ko 安裝完畢后該模塊存在于內核中的名字為a，那么卸載該模塊只需要rmmod? a即可。
[root@openstack01 ~]# modprobe ip_vs #動態(tài)加載ip_vs模塊 [root@openstack01 ~]# lsmod |grep ip_vs #查看模塊是否加載成功 ip_vs 125220 0 libcrc32c 1246 1 ip_vs ipv6 317340 289 ip_vs [root@openstack01 ~]# modprobe -r ip_vs #卸載動態(tài)模塊 [root@openstack01 ~]# lsmod |grep ip_vs #模塊已經(jīng)卸載干凈
c)查看模塊：lsmod
輸出三列信息
分別為模塊 占用內存 是否被調用
如果第三列為0則該模塊可以隨時可以卸載。
總結：Linux kernel在單內核設計模型上，吸取了多內核設計的優(yōu)點，使用了模塊化設計
????單內核設計：把所有功能集成于同一個程序；如Linux
????微內核設計：每種功能使用一個單獨的子系統(tǒng)實現(xiàn)；如Windows, Solaris
3.kernel組成
(1)核心文件
1)/boot/vmlinuz-VERSION-release
注： vmlinuz最后一一個z表示壓縮格式的kernel文件
????????
2)ramdisk(中間臨時文件根系統(tǒng)，動態(tài)創(chuàng)建出來的，使用緩沖和緩存來加速對磁盤上的文件訪問)
參考：Linux內核Ramdisk(initrd)機制?
安裝操作系統(tǒng)后臨時生成的文件，能夠掃描當前操作系統(tǒng)的硬盤驅動，裝載對應的模塊
用于實現(xiàn)系統(tǒng)初始化的基于內存的磁盤設備，把內存中的一段空間當內存使用
CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img?
工具程序：mkinitrd
CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img
工具程序：dracut, mkinitrd
注意：
a)不是必須的，當自編譯內核時候知道硬盤接口時候將硬盤驅動編譯進kernel，ramdisk就不用了
b)initrd,基于ramdisk的磁盤映像文件；initramfs,基于ramdisk的文件系統(tǒng)
initrd啟動該后用free查看memory時候，有一段空間被buffers和cached占用，二次緩存
從2.6內核開始，initrd.img采用cpio壓縮，不再是2.4內核使用的ext2格式，無法使用mount -o loop 掛載。需要使用gunzip解壓縮，然后再使用cpio解包
(2)img文件壓縮及解壓
centos7的initrd文件解壓流程：
centos6的initrd文件解壓流程：
修改內核后，自定義打包一個內核initrd文件：
(3)img文件掛載方法
在linux中，對于img文件（例如，虛擬機的img文件），有時候需要將其掛載，以便修改其中的內容。能不能將它像iso文件一樣掛載呢？
使用kpartx命令：
kpartx - Create device maps from partition tables -a Add partition mapping -d Delete partition mappings -l List partition mappings that would be added -a -p set device name-partition number delimiter -f force creation of mappings; overrides ’no_partitions’ feature -g force GUID partition table (GPT) -s sync mode. Don’t return until the partitions are created -v Operate verbosely
（然并卵，我在centos6和centos7失敗）
據(jù)說這樣使用： kpartx -av xxx.img mount /dev/mapper/loop0p1 /mnt
(4)模塊文件：/lib/modules/VERSION-release(與內核版本發(fā)行號相同的目錄)/*
arch ：與平臺相關的特有代碼，專有的匯編級的代碼
crypto：加密解密組件
drivers：驅動程序
fs ：文件系統(tǒng)
kernel ：內核自己追蹤用到的文件
lib：庫文件
mm：內存管理功能，memory manage
net：網(wǎng)絡功能
sound:和聲音相關的驅動程序，單獨放出來，因為有很多與聲音相關的×××
二、CentOS系列PC架構MBR主機啟動流程
POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader (MBR) --> Kernel(ramdisk) --> rootfs --> switchroot --> /sbin/init -->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 設定運行級別 --> 系統(tǒng)初始化腳本 --> 關閉或啟動對應級別下的服務 --> 啟動終端
1.POST：加電自檢，檢查硬件設備是否存在
用于實現(xiàn)POST的代碼在主板上ROM(CMOS)芯片上
BIOS：Basic Input and Output System 基本上輸入輸出系統(tǒng)，固化在ROM芯片上
POST(PowerOnSelfTest)首先對每一個設備進行檢查。完成后會尋找存有引導記錄的設備，找到后讀入操作系統(tǒng)引導記錄，然后將系統(tǒng)控制權交給引導記錄，并由引導記錄來完成系統(tǒng)的順利啟動。
2.Boot Sequence：
按次序查找各引導設備，第一個有引導程序的設備即為本次啟動要用到的設備；??
3.MBR引導，bootloader：引導加載器，程序；
MBR(Master Boot Record) MBR記錄一般是在磁盤 0 磁道 1 扇區(qū)，共512個字節(jié)。前446個字節(jié)是BootLoder，后 4*16 的 64 個字節(jié)是存放分區(qū)信息的，最后 2 個字節(jié)是校驗信息，一般是 55AA。
提供一個菜單，允許用戶選擇要啟動的系統(tǒng)或不同的內核版本； 把用戶選定的內核裝載到RAM中的特定空間中，解壓、展開，而后把系統(tǒng)控制權移交給內核；
(1)Windows上引導加載器：ntloader
(2)Linux上引導加載器：
1)LILO：短小精悍的linux加載器，1024柱面之后無法加載，現(xiàn)在多用于安卓手機啟動????
2)GRUB：Grand Uniform Bootloader統(tǒng)一引導加載器
GRUB 0.X(CentOS 5/6)：Grub Legacy
GRUB 1.X(CentOS 7)：Grub2,完全重寫，設計理念上很大改變
GRUB（GRand Unified Bootloader）加載內核，就是MBR中的前 446 個字節(jié)，是BooTLoader的一種，它的作用是要選擇要啟動的內核。
1）GRUB程序的組成：
centos6：
主要是由device.map，menulst，stage1,stage2,以及一系列的stage1_5組成。對于這些部分我的理解是這樣：
device.map：存放的是內核文件的根分區(qū)
menu.lis：是grub.conf的鏈接文件，但是這個名字我覺得更與它的功能接近，就是菜單列表。里賣弄設置了可以選擇的內核菜單。存放于stage2中。
stage：用于grub引導程序過大，所以分2段引導，第一段存放在MBR中，第二段存放于內核文件系統(tǒng)中，第一段引導完成后可以找到 第二段。 但是，第二段是存放于內核文件系統(tǒng)中的，此時還沒有格式化文件系統(tǒng)，如何可以訪問到第二段的 menu.lst 呢？？就需要借助于中間層 stage1_5，有它來協(xié)助 stage1 段來訪問 stage2 段。stage1_5通常位于 stage1 字段后的 63 個扇區(qū)。 由于stage2 在內存中存放可以使用的文件系統(tǒng)不確定，所以這就是有多個 stage1_5 的原因了。
2）grub.conf 文件參數(shù)意義
Linux內核在初始化之后會執(zhí)行init進程，而init進程會掛載我們的根文件系統(tǒng)，但由于init程序也是在根文件系統(tǒng)上的，所以這就有了悖論。
Linux采用兩步走的方法來解決這個問題。
Linux2.6 版以前的方法是：除了內核vmlinuz之外還有一個獨立的initrd.img映像文件，其實它就是一個文件系統(tǒng)映像，linux內核在初始化后會 mount initrd.img作為一個臨時的根文件系統(tǒng)，而init進程就是在initrd.img里的，然后init進程會掛載真正的根文件系統(tǒng)，然后 umount initrd.img。
但Linux2.6內核的實現(xiàn)方式卻不太一樣，雖然完成的功能是一樣的。Linux2.6采用initramfs。 initramfs：init ram filesystem，它是一個cpio格式的內存文件系統(tǒng)，制作的方法有兩個，一個是http://blog.csdn.net/htttw/article/details/7215858介紹的，但這樣做出來的initramfs是和內核vmlinuz分開的，因此我們需要在grub里寫上initramfs的路徑。
而另 一種方法是把內核和initramfs制作在一起成為一個文件，方法是在linux源碼make menuconfig，然后General setup-->選擇Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support，然后在Initramfs source file(s)里輸入我們的initramfs目錄，然后make bzImage。這種方法做出來的內核就只有一個文件，不需要指定initramfs了。
從2.6內核以后真正的內核文件是initramfs開頭的！！initrd開頭的注意后面的結尾dump，可能是原始備份的
centos7：
3）grub的功能
(1)提供菜單，并提供交互式接口
(2)選擇要啟動的內核或系統(tǒng)
允許傳遞引導參數(shù)給內核
選擇界面可隱藏
# 可以自啟動是通過 grub 像內核傳遞參數(shù)。 # 應用之一是：修改 root 密碼（忘記密碼），使用 e 選項，傳遞單用戶指令。
centos7：
centos6：
(3)為編輯功能提供保護機制
啟用內核文件
選擇運行指定的內核得先輸入密碼
傳遞參數(shù)
使用e命令得先輸入密碼
[root@openstack01 ~]# grub-md5-crypt Password: Retype password: $1$32hfn$HcmdhoMIJvGir.2hNKz8W0 # 上面是生成的加密字符串 # 然后將信息加入到 grub.conf 文件中，格式如下： password --md5 $1$32hfn$HcmdhoMIJvGir.2hNKz8W0 # 當然加入 grub.conf 文件的位置不同，加密效果也不一樣。 # 加入到 title 之前的話，會加密整個菜單。 # 加入到 title 指內的話，會加密對應的操作系統(tǒng)的入口。 ?
4.Kernel實現(xiàn)功能
kernel自身初始化，實現(xiàn)功能
?---> 探測可識別到的所有硬件設備；
---> 加載硬件驅動程序；（有可能會借助于ramdisk加載驅動）
---> 以只讀方式掛載根文件系統(tǒng)；
?---> 運行用戶空間的第一個應用程序：/sbin/init
??????
5./sbin/init管理用戶空間服務進程
init程序的在不同CentOS版本上類型：
CentOS 5及以前：SysV init???? 配置文件：/etc/inittab
CentOS 6：Ubantu研發(fā)的Upstart???????配置文件：/etc/inittab???/etc/init/*.conf
CentOS 7：Systemd????? 配置文件：/usr/lib/systemd/system/, /etc/systemd/system/
(1)CentOS 5：
SysV init，配置文件：/etc/inittab
[root@openstack01 ~]# cat /etc/inittab id:3:initdefault: 此處 表示默認啟動級別為3文本界面，不能為0級別 /etc/inittab文件：每行定義一種action 以及與之對應的process 格式：id:runlevels:action:process id：一個任務的標識符； runlevels：在哪些級別啟動此任務；#，###，若此處為空則表示所有級別； action：在什么條件下啟動此任務； wait：等待切換至此任務所在的級別時執(zhí)行一次； respawn：再次發(fā)起；此任務終止，就自動重新啟動； initdefault：設定默認運行級別；此時process會省略，不是設定任務，而是默認啟動級別； sysinit：設定系統(tǒng)初始化方式，此處一般為指定/etc/rc.d/rc.sysinit腳本(CentOS5和6用到，7無)； process：任務；
(2)CentOS 6：
init程序：upstart，但依然為/sbin/init，
其配置文件： /etc/init/*.conf, /etc/inittab（僅用于定義默認運行級別）
注意：*.conf為upstart風格的配置文件；各功能切割成片段
init-system-dbus.conf：主要在哪兒啟動服務的配置文件
rcS.conf:? 系統(tǒng)初始化腳本
start-ttys.conf：啟動時的終端數(shù)量
rc.conf：啟動服務的配置文件
系統(tǒng)初始化首先從/etc/init/rcS.conf開始
rcS.conf里面有這樣行，表明這個rcS.conf執(zhí)行完后才開始執(zhí)行rc.sysinit配置文件
更改默認tty數(shù)量文件：
(3)CentOS 7：不需要任何啟動腳本
init程序：systemd，配置文件：/usr/lib/systemd/system/*,? /etc/systemd/system/*
完全兼容SysV腳本機制；因此，service命令依然可用；不過，建議使用systemctl命令來控制服務；
?# systemctl? {start|stop|restart|status}? name[.service]
6.啟動運行級別初始化控制：/etc/rc.d/rc#.d
(1)系統(tǒng)運行級別：為了系統(tǒng)的運行或維護等目的而設定的機制；
0-6：共7個級別；
0：關機, shutdown
1：單用戶模式(single user)，root用戶，無須認證；維護模式；
2：多用戶模式(multi user)，會啟動網(wǎng)絡功能，但不會啟動NFS；維護模式；
3：多用戶模式(mutli user)，完全功能模式；文本界面；
4：預留級別：目前無特別使用目的，但習慣以同3級別功能使用；
5：多用戶模式(multi user)， 完全功能模式，圖形界面；
6：重啟，reboot
1) 默認級別：3, 5
2) 級別切換：init #
3) 級別查看命令：who -r ；? runlevel
(2)/etc/rc.d目錄
1)rc #腳本：接受一個運行級別數(shù)字為參數(shù)；當級別切換時啟動或關閉服務
K*：要停止的服務；
K##*，優(yōu)先級，數(shù)字越小，越是優(yōu)先關閉；依賴的服務先關閉，而后關閉被依賴的；
S*：要啟動的服務；
S##*，優(yōu)先級，數(shù)字越小，越是優(yōu)先啟動；被依賴的服務先啟動，而依賴的服務后啟動；
注意：按照glob通配，數(shù)字越小排在前面
注意：開機時啟動的服務，越早開啟，關閉的時候越靠后
2)/etc/rc.d/rc腳本框架(vim /etc/rc.d/rc)
關閉服務腳本：
for i in /etc/rc$runlevel.d/K* ; do# Check if the subsystem is already up.subsys=${i#/etc/rc$runlevel.d/K??}[ -f /var/lock/subsys/$subsys -o -f /var/lock/subsys/$subsys.init ] || continuecheck_runlevel "$i" || continue# Bring the subsystem down.[ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet stopping JOB=$subsys$i stop[ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet stopped JOB=$subsys done開啟服務腳本：
for i in /etc/rc$runlevel.d/S* ; do# Check if the subsystem is already up.subsys=${i#/etc/rc$runlevel.d/S??}[ -f /var/lock/subsys/$subsys ] && continue[ -f /var/lock/subsys/$subsys.init ] && continuecheck_runlevel "$i" || continue# If we're in confirmation mode, get user confirmationif [ "$do_confirm" = "yes" ]; thenconfirm $subsysrc=$?if [ "$rc" = "1" ]; thencontinueelif [ "$rc" = "2" ]; thendo_confirm="no"fifiupdate_boot_stage "$subsys"# Bring the subsystem up.[ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet starting JOB=$subsysif [ "$subsys" = "halt" -o "$subsys" = "reboot" ]; thenexport LC_ALL=Cexec $i startfi$i start[ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet started JOB=$subsys done
開啟的時候執(zhí)行最后一個啟動腳本時，執(zhí)行/etc/rc.d/rc.local腳本，此腳本是啟動過程中最后啟動的一個腳本。
S99local做了一個軟鏈接給rc.local
(3)/etc/init.d/* (/etc/rc.d/init.d/*)腳本執(zhí)行方式：
# /etc/init.d/SRV_SCRIPT? {start|stop|restart|status}
# service? SRV_SCRIPT?? {start|stop|restart|status}
1.CentOS 6：
chkconfig命令：
管理控制/etc/init.d/每個服務腳本在各級別下的啟動或關閉狀態(tài)；
1) 查看：chkconfig? --list?? [name]
2) 添加：chkconfig? --add? name
3) 刪除：chkconfig? --del? name
4) 修改指定的鏈接類型：
chkconfig? [--level? LEVELS]? name? <on|off|reset>
--level LEVELS：指定要控制的級別；默認為2345；
5) 能被添加的服務的腳本定義格式：
#!/bin/bash # # chkconfig: ### ## ## ======注釋：運行級別、啟動優(yōu)先級、關閉優(yōu)先級====== # description:
2.CentOS 7：（待續(xù)）
(4)/etc/rc.d/rc.local腳本：開機自動讀取此文件中命令
正常級別下，最后啟動的一個服務S99local沒有鏈接至/etc/init.d下的某腳本
而是鏈接至了/etc/rc.d/rc.local （/etc/rc.local）腳本；
因此，不便或不需寫為服務腳本的程序期望能開機自動運行時，直接放置于此腳本文件中即可。
7.系統(tǒng)初始化腳本:/etc/rc.d/rc.sysinit
(1) 設置主機名；
(2) 設置歡迎信息；
(3) 激活udev和selinux；
(4) 掛載/etc/fstab文件中定義的所有文件系統(tǒng)；
(5) 檢測根文件系統(tǒng)，并以讀寫方式重新掛載根文件系統(tǒng)；
(6) 設置系統(tǒng)時鐘；
(7) 根據(jù)/etc/sysctl.conf文件來設置內核參數(shù)；
(8) 激活lvm及軟raid設備；
(9) 激活swap設備；
(10) 加載額外設備的驅動程序；
(11) 清理操作；
8.啟動終端
tty1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1
... ...
tty6:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty6
（1）mingetty會調用login程序；
（2）打開虛擬終端的程序除了mingetty之外，還有諸如getty等；
啟動開機流程總結：
內核級別：
1.POST做開機啟動時候的硬件檢測功能
2.BootSequence(BIOS)啟動加載主引導分區(qū)MBR中的引導加載器程序BootLoader
?? 在LInux現(xiàn)行的BootLoader是三段劃分(打破446字節(jié)限制)的GRUB程序，
????第1段寫在BootLoader中
????第1.5段在其后扇區(qū)用于文件系統(tǒng)的引導
????第2段在boot/grub中提供國土部接口和調用系統(tǒng)內核kernel
3.Kernel識別硬件、加載驅動、只讀掛載根文件系統(tǒng)、同時交付給用戶空間第一個程序/sbin/init
此處特別要注意，系統(tǒng)發(fā)行商為了適應多種硬件接口驅動調用，會在第一次安裝系統(tǒng)時候，自動識別硬件接口，并調用唯一驅動程序來生成ramdisk文件，以內存當磁盤做虛根，驅動接口后會切換到真實的根文件系統(tǒng)上
CentOS 5系列是initrd，當磁盤映像文件會造成二次緩存緩沖
CentOS 6/7系列改進為initramfs，以文件系統(tǒng)形式可以不二次占用緩存和緩沖
?
用戶空間級別
4./sbin/init接管后更具其配置文件來初始化
5.根據(jù)/sbin/init中的配置會設置默認運行級別，以及一些在/etc/init.d/設置的開機服務
6./etc/rc.d/rc.sysinit運行系統(tǒng)初始化腳本，完成系統(tǒng)初始化
7.關閉對應級別下需要停止的服務，啟動對應級別下需要開啟的服務
8.設置登錄終端 [--> 啟動圖形終端]
轉載于:https://blog.51cto.com/renjunjie622/1775749
總結
以上是生活随笔為你收集整理的CentOS系列启动流程和内核原理（5系列，6系列，7系列）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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