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2012-09-04 11:40:11

原文地址:linux启动详解 作者:tracy_ming

开机流程分析
转自:
开机不是只要按一下电源钮而关机只要关掉电源钮就可以了吗?有何大学问?话是这样没错啦,但是由于 Linux 是一套多人多任务的操作系统,你难保你在关机时没有人在在线,如果你关机的时候碰巧一大群人在在线工作,那会让当时在在线工作的人马上断线的!那不是害死人了!一些数据可以无价之宝哩!另外,与 DOS 环境不同的是, Linux 在执行的时候,虽然你在画面上只会看到黑压压的一片,完全没有任何画面,但其实他是有很多的程序在背景底下执行的,例如邮件程序、浏览器主机程序等,你如果随便关机的话,是很容易伤害硬盘及数据传输的动作的!所以在 Linux 下关机可是一门大学问喔
 
既然开机是很严肃的一件事,呵呵,那我们来了解一下整个开机的过程吧!好让大家比较容易发现开机过程里面发生错误的地方,与解决之道!不过,由于开机的过程中,那个 Boot Loader 使用的软件可能不一样,例如 Mandrake 9.0 已经同时提供 Lilo 与 Grub 这两个开机管理程序,虽然 lilo 与 grub 的启动过程或许有点不太相同,但是他的原理则都是一样的哩!这里我们先介绍较老牌的 Lilo 啰! Lilo 是什么?!简单的说,他是 LInux LOader 的缩写,就是 Linux 开机时候载入的咚咚就对了!这东西可是控制了你的多重开机的命脉!底下的篇幅会再分别介绍这两套开机管理程序!底下先开始来谈谈 Linux 是如何开机的呢?基本的流程为:
  1. 加载 BIOS 的硬件信息;
  2. 读取 MBR 的 Kernel Loader (亦即是 lilo, grub, spfdisk 等等)开机信息;
  3. 加载 Kernel 的操作系统核心信息;
  4. Kernel 执行 init 程序并取得 run-level 信息;
  5. init 执行 /etc/rc.d/rc.sysinit 档案;
  6. 启动核心的外挂式模块 (/etc/modules.conf);
  7. init 执行 run-level 的各个批次档( Scripts );
  8. init 执行 /etc/rc.d/rc.local 档案;
  9. 执行 /bin/login 程序;
  10. 登入之后开始以 Shell 控管主机。
大概的流程就是上面写的那个样子啦,而每一个程序的内容主要是在干嘛呢?底下就分别来谈一谈吧!
  • 寻找 BIOS 加载硬件信息:
    稍微有 PC 硬件经验的人们大概都知道 BIOS ( Basic Input/Output Setup ) 的作用!他是第一个被加载计算机的数据!你主机的 CPU 数据、开机顺序、硬盘大小、芯片组工作状态、PnP 的开启与否、内存的频率等等等...这都记录在 BIOS 当中!所以啦,开机之后,系统会先去找这个东西;
  • 可开机硬盘的 MBR 读取 Kernel loader:
    再来呢?呵呵!当然就是硬盘的开机数据啰!由于个人计算机的系统在读完 BIOS 之后,会先去读取第一个开机硬盘的第一个扇区(就是 master boot record, MBR 啰!),还记得这个 MBR 吗?而这个扇区主要就是在记录开机的信息!还记得上面提到的 Lilo 及 grub 吧?他的纪录就是在这里啰!所以啰,这个时候 Lilo 纪录的信息就会被读出来,系统并依 Lilo 的信息去不同的系统开机,这也就是多重开机设定的地方啦。
     
    好了,先再来回忆一下,如果你是以 grub 程序开机的话,那么在开机的时候会显示什么数据呢?呵呵!会显示蛮多的开机选单,没错?就是『选单』,然后选择了你的选择项目之后,系统就会跑到该扇区去读取该操作系统的核心啰!呵呵!所以一个好的 boot loader 会具有两个功能,就是:
     
    • 选单功能 ( menu )
    • 指向功能 ( pointer )
     
    那么为何要有 loader 呢?我想,我们得先来探讨一下这个话题才行!要探讨之前先来了解一下,晓不晓得 Windows 与 Linux 的档案格式一不一样?!呵呵!当然不一样对不对,好了,那么再来说一说,请问,你的计算机怎么知道你的硬盘的数据是什么系统?哈哈!那就是 loader 的主要功能啰!在你能使用系统之前,一定需要加载核心对吧!?但是怎样让你的硬件认识核心呢?那就是 kernel loader 的主要功能了!所以这里需要提出的是, Linux 的 loader ( lilo 或 grub ) 是可以认识 windows 的核心档案的,但是 Windows 的 loader 却不认识 Linux 的核心档案,因此,作为一个多重开机的设定 loader ,就无法使用 Windows 所提供的 loader 啰!由于需要让系统认识你的 kernel ,因此,就需要 kernel loader 啦!这样想就对啦!
     
    这一部份的信息我们在后续的章节会再提及!
  • 载入核心( Kernel ):
    好了,等我们在 grub 的选单中选择了 Linux 这个系统,然后主机跑到 Linux 所在的硬盘之下,就开始将他的核心载入啰。在 Linux 的系统下,通常开机的核心都摆在 /boot 底下,因此,这个时候的 boot loader 就会到 /boot 去寻找相关的核心。我们的 kernel 名称通常就是 /boot/vmlinuz-xxxx 的格式,目前 Mandrake 9.0 的核心版本为 2.4.19,而 Mandrake 自行释出的版本为 2.4.19-16mdk ,所以,使用 uname –r 会出现 2.4.19-16mdk 呦!然后 MDK 9.0 预设核心档案就是: /boot/vmlinuz-2.4.19-16mdk 这一个!好了,载入这个档案再往下继续吧!
  • 核心执行 init 并由 /etc/inittab 取得系统登入状态:
    核心加载之后,由核心执行的第一个程序就是 /sbin/init 啰!而这个程序第一个目标当然就是确定主机是要以怎样的情况登入!这个时候就必须要以 /sbin/init 来加载 /etc/inittab 的信息啦!而 Linux 共有几种登入模式呢?嗯!这里似乎有需要说明一下 Linux 有哪些登入的状态!如果你进入 Linux 的 /etc/inittab 档案的话( 可以使用 vi 啦 ),你应该会看到如下的信息:
     
    [root @test /root]# vi /etc/inittab
    #   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)  关机 
    #   1 - Single user mode  单人使用(系统有问题时候的登入状况) 
    #   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking) 多人但无网络 
    #   3 - Full multiuser mode 文字界面登入的多人系统 
    #   4 - unused      系统保留 
    #   5 - X11           X-Windows 图形界面登入的多人系统 
    #   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)  重新开机 

    id:3:initdefault:
     
    上面显示的就是目前可以登入的状态了(就是 run-level 啦!),共有 0?6 的登入状态,其中,我们比较常使用的是 3 与 5 , 因为我们需要 Linux 是多人多任务的情况,而较常登入的状态就是文字与图形界面啦!所以这里需要设定成 3 或者是 5 ,千万不要设定成 0 或者是 6 喔!不然系统会一直直接重新开机或者是直接关机....预设的系统登入在上面这个表格的最底下一行纪录着!就是『id:3:initdefault 』那一行!注意喔!因为 VBird 预设是以文字界面来登入,所以才会是 3 ,如果你要改成图形界面登入的话(请确定你的 X-windows 没有问题),那么就将 /etc/inittab 里面的上面那一行,将 3 改成 5 即可啰!
     
    那么什么是『单人维护模式 ( run-level 为 1 )』?如果你有玩过 Windows 的话,那么你在开机的时候如果按下 F8 时,不是会出现一些什么『安全模式』啦、『正常开机』啦或『 MS-DOS 模式』等等的进入 Windows 的状态吗?尤其是当你不正常关机的时候, Windows 预设就会以『安全模式』来启动 Windows 啰!Windows 的『安全模式』几乎不加载一些复杂的模块,让你的 Windows 一定可以开机成功!那么 Linux 的维护模式状态即是使用单人模式( 就是 run_level 为 1 啦!)所以说, Linux 的登入情况是如何呢?呵呵!没错,就是在这里载入的啦!
  • init 的第一个执行内容 /etc/rc.d/rc.sysinit :
    确定了登入状态之后,再来当然就是需要将主机的信息给他读进去 Linux 系统啰!而 Linux 系统的第一个数据内容就是 /etc/rc.d/rc.sysinit 这个档案啦!如果你有空进入这个档案去看看的话,会发现这个档案的内容包括了==>设定预设路径( PATH )、设定主机名称、执行 /etc/sysconfig/network 所记录的网络信息、挂载 /proc 这个保存在内存当中的主机基本讯息、以及其它几个 Linux 操作系统最基本的几个信息!大抵来说,他的基本工作是:
     
    1. 设定预设路径:( PATH  )
    2. 设定网络状态:系统会再去读取 /etc/sysconfig/network,并将该档案内的数据,如 NETWORKING, FORWARD_IPV4, HOSTNAME, DOMAINNAME, GATEWARY, GATEWAYDEV 等等的设定读入系统中。
    3. 启动系统的置换空间(简单的可以想成是虚拟内存): swapping
    4. 检查档案系统:这个时候系统会去检查一些可能会存在的目录,例如 /fsckoptions 与 /forcfsck 及 /fastboot 等等的目录,当你的系统有不正常关机的现象时(例如突然的断电等等),那么 Linux 将会自动的强制去检查 root 的档案系统 ( checking root filesystems )。简单的想一想,就好像是 Windows 系统下,当你不正常关机时,在开机的过程中就会出现扫瞄硬盘的情况相同啦!
    5. 周边设定与系统设定的参数 ( /proc ):在 Linux 或者是 Unix 系统中,你会在根目录中发现一个很奇怪的扇区,那就是 /proc 啰!其实这个目录是记录在内存当中的,每次开机的时候就会被建置起来。他的主要功能是记录主机的一些接口设备的最新数据状况!例如网络周边啦、输入输出周边啦等等的。没事的话,不要到里面乱砍喔!会有问题
    6. 设定 Plug and Play ( PNP )的一些参数数据;
    7. 清除 /etc/mtab ;
    8. mount root 及 /proc 档案系统 :好了,将一些数据都设定好之后,当然就是需要将数据写下来啰!这个时候就会将 root 与 /proc 数据给他 mount 上档案系统啦!
    9. 决定是否使用模块, 加载模块
    10. 检查档案系统 :与前面相同的,当前面的 /fastboot 检查的旗标开启之后,就会以 fsck 检查你的其它扇区啰! ( 使用 fsck )
    11. 挂上其它档案系统
    12. 设定 console 字型
    13. 打开 quota
    14. 清除不必要的档案, 如 lock, pid
    15. 设定 clock
    16. serial port 初始化

将开机讯息经由 dmesg 放入 /var/log/dmesg 中

 
如此一来,在 /etc/rc.d/rc.sysinit 就已经将基本的系统设定数据都写好了,也将系统的数据设定完整!而如果你想要知道到底开机的过程中发生了什么事情呢?那么就使用第十六章学会的 dmesg 就可以知道啰

  • 启动核心的外挂式模块 (/etc/modules.conf):
    由于我们的核心越来越聪明,所以呢,我们可以选择使用模块的型态 ( 这个在后面也会继续说明 ) 来进行驱动程序的加载!那么如果系统原本找不到的模块 ( 例如早期的 via-rhine 芯片组 ) 就可以在这个档案里面 /etc/modules.conf 写入呢!
  • init 执行 run-level 的各个 scripts :
    由于不同的 run-level 所需要加载的模块并不相同,所以系统早就为不同的 run-level 设定了一些批次档( scripts )来做这件事啰!而 run-level 早就在前面的时候以 /etc/inittab 当中取得啰!好了,如果你知道如何进入到 /etc/rc.d 的目录中的话,那么你将会看到该目录下应该有八个目录跟三个档案,目录 rc0.d ~ rc6.d 分别代表了各个 run-level 的 scripts !而在这些目录中的档案都是以 S 及 K ( 大写 ) 为开头的档案,并接两位数的数字与该服务的名称所组合而成的!如下所示为 Mandrake 9.0 的 /etc/rc.d/rc3.d 的内容:
     
    [root @test /root]# ll /etc/rc.d/rc3.d
    total 0
    lrwxr-xr-x    1 root     root           16 Oct 19 11:05 K55routed -> ../init.d/routed*
    lrwxr-xr-x    1 root     root           18 Oct 19 10:58 S03iptables -> ../init.d/iptables*
    lrwxr-xr-x    1 root     root           17 Oct 19 11:26 S10network -> ../init.d/network*
    lrwxr-xr-x    1 root     root           16 Oct 19 11:26 S12syslog -> ../init.d/syslog*
    lrwxr-xr-x    1 root     root           16 Oct 19 11:26 S20random -> ../init.d/random*
    lrwxrwxrwx    1 root  &n
 root           13 Oct 28 15:22 S40atd -> ../init.d/atd*
lrwxr-xr-x    1 root     root           19 Oct 19 10:59 S40saslauthd -> ../init.d/saslauthd*
lrwxrwxrwx    1 root     root           14 Oct 19 21:28 S55ntpd -> ../init.d/ntpd*
lrwxrwxrwx    1 root     root           14 Oct 19 12:11 S55sshd -> ../init.d/sshd*
lrwxrwxrwx    1 root     root           16 Oct 19 12:00 S56xinetd -> ../init.d/xinetd*
lrwxr-xr-x    1 root     root           18 Oct 19 11:26 S75keytable -> ../init.d/keytable*
lrwxr-xr-x    1 root     root           17 Oct 19 11:12 S80prelude -> ../init.d/prelude*
lrwxr-xr-x    1 root     root           17 Oct 19 11:03 S85numlock -> ../init.d/numlock*
lrwxr-xr-x    1 root     root           18 Oct 19 11:35 S89internet -> ../init.d/internet*
lrwxr-xr-x    1 root     root           15 Oct 19 11:26 S90crond -> ../init.d/crond*
lrwxr-xr-x    1 root     root           17 Oct 19 11:26 S95kheader -> ../init.d/kheader*
lrwxr-xr-x    1 root     root           14 Oct 19 11:38 S99adsl -> ../init.d/adsl*
lrwxr-xr-x    1 root     root           19 Oct 19 11:04 S99linuxconf -> ../init.d/linuxconf*
lrwxr-xr-x    1 root     root           11 Oct 19 10:41 S99local -> ../rc.local*
 
在这个目录下的档案都是连结档,均指向到 /etc/rc.d/init.d 这个目录下,而这个 /etc/rc.d/init.d 目录则是以 Linux 的 rpm 安装方法时,设定一些服务的启动目录。举个例子来说,如果你要重新启动 sendmail 的话,而且你的 sendmail 是以 rpm 来安装的,那么下达 /etc/rc.d/init.d/sendmail restart 就可以直接启动 sendmail 啰!所以你即可知道 /etc/rc.d/init.d 里面档案的主要功能!因此,当你的 run-level 内的 scripts 要启动哪写服务呢,呵呵!就将档案连结到该 init.d 目录下的档案并加以启动即可啰!也就是说『当你以 文字模式 ( run-level=3 ) 启动 Linux 时,你的系统在经过 BIOS、 MBR、 Kernel、 init、/etc/rc.d/rc.sysinit 之后,就会进入 /etc/rc.d/rc3.d 来启动一些服务』啰!不过,需要注意的是,在 rc3.d (或其它目录下 rc0.d ~ rc6.d )目录中 S 开头的档案为执行该服务, K 为开头的档案则是杀掉该服务的意思。那么那些数字代表的意义为何?那就是启动的顺序啦!例如S12syslog 会比S90crond 更早被执行呢!那么为什么要有这些顺序呢?这是有原因的!例如您的主机有要启动 WWW 好了,那么您的网络设定应该要先启动才对吧!所以啰,如果 WWW 先启动,才驱动网络,那么 WWW 自然就一定起不来啦!所以各项服务的启动顺序也是相当重要的!目前 Mandrake 当中,可以使用 chkconfig 来设定开机要启动的服务选项呢!
init 执行 /etc/rc.d/rc.local
在 DOS 或 Windows 的系统中,对于 autoexec.bat 与 config.sys 这两个档案您应该不陌生吧?!这两个档案是 DOS 或 Windows 在完成开机之后,第一个要去读取的内容!那么 Linux 有没有该档案?!有的!在 Linux 系统执行完了大部分的开机程序之后,接着下来就是要执行你的 Linux 主机的个人化设定啰!举个例子来说,由于 Red Hat 7.2 预设是将 CDROM 视为一个模块启动的装置,因此你的 cdrom 将必须要加载两个模块之后才能使用,分别是 modprobe cdrom, modprobe ide-cd 这两个指令!而如果你想每次都使用 cdrom 的话,那么你每次开机都必须记得手动加载这两个模块!粉累耶....这个时候就可以将这两行指令加入到 /etc/rc.d/rc.local 当中去啰!也就是说,不论你有什么需要在开机的时候写进去的指令,都可以在这里写入喔! ( 通常为了避免麻烦,我们都将开机完之后必须要做的几件事情,例如启动 NAT 主机的命令,使用 tarball 安装的一些软件的启动指令都写在这个档案来,那么系统开机完成之后,你所需要执行的指令也都执行完毕啰!)
 
前面的步骤都被主机执行之后,开机的程序就已经完全的启动完毕了!也就是说,如果你已经有网络的服务启动的话(通常在 /etc/rc.d/init.d 时就加载啰),那么你的主机已经在 Internet 上面提供服务了!所以根本就不需要你登入 Linux 系统你的主机也能正确的提供相关的服务喔!
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开机设定档 /etc/sysconfig
不过,在开机的过程中,到底使用了多少设定档呢?呵呵!使用最多的设定档大多放置在 /etc/sysconfig 这个目录底下呢!来看一下 Mandrake 9.0 在这个设定档底下有哪些东西?
  [root @test root]# ll /etc/sysconfig
total 100
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-rw-r--r--    1 root     root          239 Sep 19 17:48 autofsck
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clock 在设定我们 Linux 主机的时区,可以使用格林威治时间,也就是标准时间,也可以使用台湾的本地时间 ( local );
i18n 在设定一些语系的使用方面,例如最麻烦的文字接口下的日期显示问题!如果您是以中文安装的,那么预设语系会被选择 big5 ,所以在纯文字接口之下,
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