2 Linux 系统启动过程

kiki
Jan 1, 0001 blog

2.1 内核引导

  • 当计算机打开电源后，首先是 BIOS 开机自检，按照 BIOS 中设置的启动设备(通常是硬盘)来启动
  • 操作系统接管硬件以后，首先读入/boot目录下的内核文件

2.2 运行init

  • init 进程是系统所有进程的起点，你可以把它比拟成系统所有进程的老祖宗，没有这个进程，系统中任何进程都不会启动
  • init 程序首先是需要读取配置文件/etc/inittab

2.2.1 运行级别

  • 许多程序需要开机启动。它们在 Windows 叫做”服务”(service)，在Linux就叫做”守护进程”(daemon)
  • init 进程的一大任务，就是去运行这些开机启动的程序
  • 但是，不同的场合需要启动不同的程序，比如用作服务器时，需要启动 Apache，用作桌面就不需要
  • Linux 允许为不同的场合，分配不同的开机启动程序，这就叫做”运行级别”(runlevel)。也就是说，启动时根据”运行级别”，确定要运行哪些程序。Linux 系统有 7 个运行级别(runlevel)
    • 运行级别 0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为 0，否则不能正常启动
    • 运行级别 1：单用户工作状态，root 权限，用于系统维护，禁止远程登陆
    • 运行级别 2：多用户状态(没有NFS)
    • 运行级别 3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式
    • 运行级别 4：系统未使用，保留
    • 运行级别 5：X11 控制台，登陆后进入图形 GUI 模式
    • 运行级别 6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为 6，否则不能正常启动

2.3 系统初始化

  • 在 init 的配置文件中有这么一行：si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
    • 它调用执行了/etc/rc.d/rc.sysinit，而rc.sysinit是一个 bash shell 的脚本，它主要是完成一些系统初始化的工作
    • rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本
    • 它主要完成的工作有：激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块以及其它一些需要优先执行任务
  • l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5这一行表示以 5 为参数运行/etc/rc.d/rc
    • /etc/rc.d/rc是一个 Shell 脚本，它接受 5 作为参数，去执行/etc/rc.d/rc5.d/目录下的所有的 rc 启动脚本
    • /etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本实际上都是一些链接文件，而不是真正的 rc 启动脚本，真正的 rc 启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下
    • 而这些 rc 启动脚本有着类似的用法，它们一般能接受 start、stop、restart、status 等参数。
    • /etc/rc.d/rc5.d/中的 rc 启动脚本通常是 K 或 S 开头的链接文件
    • 对于以 S 开头的启动脚本，将以 start 参数来运行
    • 而如果发现存在相应的脚本也存在 K 打头的链接，而且已经处于运行态了(以/var/lock/subsys/下的文件作为标志)，则将首先以 stop 为参数停止这些已经启动了的守护进程，然后再重新运行
    • 这样做是为了保证是当 init 改变运行级别时，所有相关的守护进程都将重启
  • 至于在每个运行级中将运行哪些守护进程，用户可以通过chkconfig或setup中的”System Services”来自行设定

2.4 建立终端

  • rc 执行完毕后，返回 init。这时基本系统环境已经设置好了，各种守护进程也已经启动了

  • init 接下来会打开 6 个终端，以便用户登录系统。在inittab中的以下 6 行就是定义了 6 个终端

    1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

  • 从上面可以看出在 2、3、4、5 的运行级别中都将以respawn方式运行mingetty程序

    • mingetty程序能打开终端、设置模式
    • 同时它会显示一个文本登录界面，这个界面就是我们经常看到的登录界面，在这个登录界面中会提示用户输入用户名，而用户输入的用户将作为参数传给 login 程序来验证用户的身份

2.5 用户登录系统

  • 一般来说，用户的登录方式有三种
    • 命令行登录
    • ssh 登录
    • 图形界面登录
  • 对于运行级别为 5 的图形方式用户来说，他们的登录是通过一个图形化的登录界面。登录成功后可以直接进入 KDE、Gnome 等窗口管理器
  • 文本方式登录：当我们看到 mingetty 的登录界面时，我们就可以输入用户名和密码来登录系统了
  • Linux 的账号验证程序是 login
    • login 会接收 mingetty 传来的用户名作为用户名参数
    • 然后 login 会对用户名进行分析：如果用户名不是 root，且存在/etc/nologin文件，login 将输出 nologin 文件的内容，然后退出
    • 这通常用来系统维护时防止非 root 用户登录。只有/etc/securetty中登记了的终端才允许 root 用户登录，如果不存在这个文件，则 root 用户可以在任何终端上登录
    • /etc/usertty文件用于对用户作出附加访问限制，如果不存在这个文件，则没有其他限制

2.5.1 图形模式与文字模式的切换方式

  • Linux 预设提供了六个命令窗口终端机让我们来登录
  • 默认我们登录的就是第一个窗口，也就是 tty1，这个六个窗口分别为 tty1,tty2 … tty6，你可以按下Ctrl + Alt + F1 ~ F6 来切换它们。
  • 如果你安装了图形界面，默认情况下是进入图形界面的，此时你就可以按Ctrl + Alt + F1 ~ F6来进入其中一个命令窗口界面
  • 当你进入命令窗口界面后再返回图形界面只要按下Ctrl + Alt + F7就回来了
  • 如果你用的 vmware 虚拟机，命令窗口切换的快捷键为Alt + Space + F1~F6。如果你在图形界面下请按Alt + Shift + Ctrl + F1~F6切换至命令窗口

2.6 Linux 关机

  • 在 Linux 领域内大多用在服务器上，很少遇到关机的操作。毕竟服务器上跑一个服务是永无止境的，除非特殊情-况下，不得已才会关机

| 命令 | 功能 | 备注 | 命令示例 | | sync | 将数据由内存同步到硬盘中 | 重启或关闭系统前运行sync命令，把内存数据写到磁盘 | - | | shutdown | 给系统计划一个时间关机 | 如果使用了时间参数，系统关机前 5 分钟会创建/run/nologin文件。以确保没有人可以再登录 | shutdown [-h|-r] now 现在停止(默认)/关闭/重启机器 | | halt | 关闭系统，通知硬件来停止所有的 CPU 功能，但仍然保持通电。你可以用它使系统处于低层维护状态。一般需要手动重启或关机。注意在有些情况会它会完全关闭系统(某些Linux 发布版的微调) | 等同于shutdown –h now和 poweroff | halt -p 关闭系统后关闭电源 | | poweroff | 会发送一个 ACPI 信号来通知系统关机(关闭计算机操作系统并切断系统电源) | 等同于shutdown now| poweroff -h 关闭操作系统之前将系统中所有的硬件设置为备用模式 | | reboot | 重新启动正在运行的操作系统 | 等同于shutdown –r now | reboot |

  • 正确的关机流程为：sync > shutdown > reboot > halt
    • 最好在重启前执行几次sync命令，可以让暂时保存在内存中的数据同步到硬盘上
    • 建议使用shutdown –r now重启。在重启时会正常保存和中止服务器中正在运行的程序，是安全命令

  • 可以运行如下命令关机

    shutdown
shutdown now
shutdown 20:25
# 10 分钟后关机
shutdown –h +10
# 10 分钟后关机，并且会显示在登陆用户的当前屏幕中
shutdown –h 10
# 在 20:25 关机
shutdown –h 20:25
# 10 分钟后重启
shutdown –r +10
# 要取消即将进行的关机
shutdown -c

  • 关机的命令有shutdown –h now/halt/poweroff/init 0

  • 重启系统的命令有shutdown –r now/reboot/init 6

  • 注意

    • 远程服务器在重启前，要中止正在执行的服务。计算机的硬盘最怕在高速存储时断电或重启，非常容易造成硬盘损坏。所以，在重启前先中止服务，甚至可以考虑暂时断开对外提供服务的网络
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