一、Linux內(nèi)核的組成

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Linux系統(tǒng)的組成部分：內(nèi)核+根文件系統(tǒng)

內(nèi)核：進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序、安全功能(selinux)

IPC(Inter-Process Communication進(jìn)程間通信):就是指多個(gè)進(jìn)程之間相互通信，交換信息的方法。Linux IPC基本上都是從Unix平臺(tái)上繼承而來的。主要包括最初的Unix IPC，System V IPC以及基于Socket的IPC。另外，Linux也支持POSIX IPC。

運(yùn)行中的系統(tǒng)環(huán)境可分為兩層：內(nèi)核空間、用戶空間；

內(nèi)核空間：內(nèi)核代碼（系統(tǒng)調(diào)用）

用戶空間：應(yīng)用程序（進(jìn)程或線程）

內(nèi)核設(shè)計(jì)流派：

單內(nèi)核設(shè)計(jì)：把所有的功能集成于同一個(gè)程序；（Linux）

微內(nèi)核設(shè)計(jì)：每種功能都使用一個(gè)單獨(dú)的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；（Windows solarls）

Linux內(nèi)核特點(diǎn)：

     （1）支持模塊化：.KO（kernel object）

     （2）支持模塊運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)裝載或卸載

組成部分：

核心文件：/boot/Vmliuz-VERSION-release      

ramdirk:

CentOS5:/boot/initrd-VERSION-release.img

CentOS6,7:/boot/initramfs-VERSION-release.img

二、CentOS系統(tǒng)啟動(dòng)流程

總體啟動(dòng)順序：

POST(加點(diǎn)自檢)-->Boot Sequence(BIOS:基本輸入輸出系統(tǒng))-->BootLoader(MBR:主引導(dǎo)記錄)

-->Kernel(ramdisk)-->rootfs(根文件系統(tǒng))-->switchchroot-->/sbin/init/(運(yùn)行init前先讀取/etc/inittab /etc/init/*.conf)-->設(shè)定運(yùn)行級別-->系統(tǒng)初始化腳本-->關(guān)閉啟動(dòng)相應(yīng)服務(wù)-->啟動(dòng)終端 

各流程細(xì)化說明：

1、POST加電自檢  

主要是檢測硬件設(shè)別是否能正常的運(yùn)行，然而實(shí)現(xiàn)自檢功能主要是由鑲嵌在主板芯片(CMOS)上的BIOS(basic input output system)程序，檢測沒問題之后進(jìn)行硬件設(shè)備的初始化。   

2、Boot Sequence(啟動(dòng)管理程序):選擇啟動(dòng)順序加載MBR

Boot Sequence是一個(gè)程序它依賴于某個(gè)硬盤硬件。準(zhǔn)確的說是第一個(gè)硬盤扇區(qū)的MBR，從而按次序查找各引導(dǎo)設(shè)備。

3、MBR引導(dǎo)，bootloader引導(dǎo)加載器，啟動(dòng)程序   

MBR(Master Boot Record)：此記錄在0磁道1扇區(qū)，總共為512字節(jié)，前446字節(jié)為bootloder，后64字節(jié)為分區(qū)表信息，主分區(qū)加上擴(kuò)展分區(qū)不能大于四個(gè)，最后2個(gè)字節(jié)為校驗(yàn)信息，為55AA。

這個(gè)界面就是大名鼎鼎的Grub了（學(xué)名叫統(tǒng)一資源引導(dǎo)器）；

其對應(yīng)的目錄是boot目錄下grub文件

Grub（GRand Unified Bootloader）是統(tǒng)一資源引導(dǎo)器，也就是引導(dǎo)加載器；它的工作是提供一個(gè)菜單，允許用戶選擇要啟動(dòng)的系統(tǒng)或不同的內(nèi)核版本；把用戶選定的內(nèi)核裝載到RAM中的特定空間中，然后解壓、展開，而后把系統(tǒng)控制權(quán)移交給內(nèi)核。

4、kernel內(nèi)核實(shí)現(xiàn)  

kernel自身初始化，實(shí)現(xiàn)功能，借助ramdisk探測可識別的程序，以只讀方式掛載根文件系統(tǒng)，運(yùn)行應(yīng)用程序：/sbin/init

initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img

5、/sbin/init/管理用戶空間服務(wù)進(jìn)程     

讀inittab文件由它來設(shè)定運(yùn)行級別，進(jìn)行初始化腳本，關(guān)閉或啟動(dòng)相應(yīng)的程序，啟動(dòng)終端。  

自此整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)結(jié)束

boot下的grub目錄下的相關(guān)文件說明： 

主要是由device.map，menulst，stage1,stage2,以及一系列的stage1_5組成

device.map：存放的是內(nèi)核文件的根分區(qū)

menu.lis：為菜單列表，里面為可選擇的菜單列表，存放于stage2中。

stage：用于grub引導(dǎo)程序過大，所以分2段引導(dǎo)，第一段存放在MBR中，第二段存放于內(nèi)核文件系統(tǒng)中，第一段引導(dǎo)完成后可以找到第二段。 但是，第二段是存放于內(nèi)核文件系統(tǒng)中的，此時(shí)還沒有格式化文件系統(tǒng)，如何可以訪問到第二段的menu.lst，就需要借助于中間層stage1_5，有它來協(xié)助stage1段來訪問stage2階段。stage1_5通常位于stage1字段后的63個(gè)扇區(qū)由于stage2在內(nèi)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(gè)stage1_5 的原因。

Grub Legacy：分三階段

stage1：存放在MBR上，磁盤里

stage1_5：存放在磁盤MBR之后的扇區(qū)，讓stage1中的bootloader能識別stage2所在的分區(qū)上的文件系統(tǒng)；

注意：能看到啟動(dòng)菜單實(shí)際就已經(jīng)過了1.5階段了，進(jìn)入2階段

stage2：磁盤分區(qū)（/boot/grub/stage2）刪除系統(tǒng)無法啟動(dòng)

根據(jù)stage2階段文件定義內(nèi)容找grub.conf文件然后根據(jù)這個(gè)文件里定義的內(nèi)容找boot下的內(nèi)vmlinuz...與驅(qū)動(dòng)模塊initramfs...，至此由bootloader到grub然后由grub加載內(nèi)核文件與模塊系統(tǒng)引導(dǎo)啟動(dòng)

詳細(xì)說明：引導(dǎo)加載程序先讀取MBR上的gurb第一階段，由于MBR很小只有512字節(jié)采用grub這種方式引導(dǎo)程序，隨后讀取扇區(qū)中的stage1.5階段，讀取1.5階段以后從而就能驅(qū)動(dòng)第二階段stage2所在的磁盤分區(qū)，stage2是存放在磁盤分區(qū)上的還包括了內(nèi)核文件及ramdisk等都在這個(gè)分區(qū)上存放的；這就是為什么通過Bootloader之grub就能夠加載內(nèi)核文件的原因。

注意：當(dāng)前硬件平臺(tái)，主板BIOS必須能識別硬盤，然后BIOS才能加載硬盤中的Bootloader，磁盤中的Bootloader自身加載完以后，就能夠識別當(dāng)前主機(jī)上的硬盤設(shè)備了。

補(bǔ)充：硬盤設(shè)備能識別，并不代表硬盤上的文件系統(tǒng)能識別，因?yàn)槲募到y(tǒng)是額外附加的一層軟件組織的文件結(jié)構(gòu)，所以要能夠?qū)右环N文件系統(tǒng)，必須要用到文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)；對應(yīng)的應(yīng)用程序必須能識別和理解這樣的文件系統(tǒng)才可以，這種程序就稱為文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)；grub的1.5階段就是給gurb提供了文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的，從而就能夠訪問對應(yīng)的第二階段和內(nèi)核所在的分區(qū)了，這通常是一個(gè)基本磁盤分區(qū)；所以grub第二階段以及內(nèi)核和ramdisk文件通常都會(huì)放在一個(gè)基本磁盤分區(qū)上；因?yàn)間rub驅(qū)動(dòng)不了邏輯卷這種高級接口。

stage2一般是掛載至/boot/grub/目錄下；grub也有自己的配置文件：/boot/grub/grub.conf且通常有個(gè)符號鏈接文件：/etc/grub.conf；

stage2的功用：

（1）提供菜單或交互式接口；

（2）能加載用戶選擇的內(nèi)核或操作系統(tǒng)；

（3）為菜單通過了保護(hù)機(jī)制。

  /boot/grub/grub.conf配置文件詳解：

  [root@centos6 grub]# ll /etc/grub.conf（是個(gè)鏈接文件）

   # grub.conf generated by anaconda

   # Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file

   # NOTICE:  You have a /boot partition.  This means that

   #          all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.

   #          root (hd0,0)

   #          kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda2

   #          initrd /initrd-[generic-]version.img

boot=/dev/sda

default=0 #設(shè)定默認(rèn)啟動(dòng)菜單項(xiàng)，默認(rèn)為0開始

timeout=5 #指定菜單等待選擇的時(shí)長 

splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz #指定菜單的背景圖片的路徑，為xpm格式，采用gzip壓縮

hiddenmenu #是否影藏菜單

password [--md5] $1$JO0kw$z.qtBMH.KL4A6qZ7dK4N30 #菜單編輯認(rèn)證（全局認(rèn)證）

title CentOS 6 (2.6.32-642.el6.x86_64) #定義菜單項(xiàng)

root (hd0,0) #本次grub查找stage2及其kernel文件所在設(shè)備分區(qū)，指定grub的根

kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 ro root=UUID=240533cf-b37f-4460-974f-702bab867da5 nomodeset rd_NO_LUKS  KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_MD crashkernel=auto LANG=zh_CN.UTF-8 rd_NO_LVM rd_NO_DM rhgb quiet #需要啟動(dòng)的內(nèi)核 

initrd /initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img #內(nèi)核匹配的ramfs文件

進(jìn)入單用戶模式：

1）重啟按esc鍵選定grub菜單，然后輸入e進(jìn)入可選菜單  

2）光標(biāo)移動(dòng)到kernel ...那一行，再敲入“e”進(jìn)入命令行編輯

3）在選定的kernel那一行后面輸入  1 ，s  或者  single 

3）然后輸入b鍵重啟進(jìn)入單用戶模式

 6、根切換

在掛載根文件系統(tǒng)是為了避免內(nèi)核中有bug或操作過程中有bug導(dǎo)致根文件系統(tǒng)被損壞，先只讀掛載根文件系統(tǒng)，加載完成后才讀寫掛載，完成整個(gè)掛載根文件系統(tǒng)后，直接去找/sbin/init程序，即開始運(yùn)行用戶空間的第一個(gè)程序。

用戶空間啟動(dòng)流程init

7、/sbin/init程序    

init程序主要依賴于配置文件：/etc/inittab，大體分為：設(shè)定默認(rèn)啟動(dòng)級別 --> 設(shè)定系統(tǒng)初始化腳本 --> 啟動(dòng)對應(yīng)級別的服務(wù) --> 打印各終端登錄界面（如果級別為3處理提供文本登錄界面，如果級別為5還提供圖形登錄界面）

8、設(shè)置默認(rèn)運(yùn)行級別

（1）運(yùn)行級別：為了系統(tǒng)的運(yùn)行或維護(hù)等目的而設(shè)定的機(jī)制

     0-6：共7個(gè)級別；

0：關(guān)機(jī)，shutdown

1：單用戶模式（single user），root用戶，無須認(rèn)證，維護(hù)模式；

2：多用戶模式（multi user），會(huì)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能，但不會(huì)啟動(dòng)NFS，維護(hù)模式；

3：多用戶模式（multi user），完全功能模式，文本界面；

4：預(yù)留級別：目前無特別使用目的，但習(xí)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

讀取配置文件:/etc/inittab

（2）配置文件：

/etc/inittab定義了很多功能，每一行定義一種操作（action）以及與之對應(yīng)的process（僅適用于CentOS 5），一行就定義了init要執(zhí)行的任務(wù)，甚至是一堆任務(wù)，每一行的語法格式為： id:runlevels:action:process

id為一個(gè)任務(wù)的標(biāo)識符；

runlevels：在哪些運(yùn)行級別下啟動(dòng)此任務(wù)；例：3，2345，也可為空表示所有級別；

action：在什么條件下啟動(dòng)此任務(wù)；

wait：等待切換至此任務(wù)所在的級別時(shí)執(zhí)行一次（剛剛切換進(jìn)來時(shí)）；

respawn：一旦此任務(wù)終止時(shí)，就自動(dòng)重啟；（如：登錄終端執(zhí)行l(wèi)ogout登出后會(huì)再次啟動(dòng)）

initdefault：設(shè)定默認(rèn)允許級別；此時(shí)process省略為空；

sysinit：設(shè)定系統(tǒng)初始化方式，此處一般為指定/etc/rc.d/rc.sysinit腳本；（CentOS 5,6都用到此腳本，CentOS 7是靠systemd完成的），在CentOS 6中僅保留此配置文件中設(shè)定啟動(dòng)運(yùn)行級別的功能。

process：具體任務(wù)；通常為應(yīng)用程序，或腳本，或二進(jìn)制的程序，取決于自定義。

9、系統(tǒng)初始化腳本

系統(tǒng)初始化腳本：/etc/rc.d/rc.sysinit

（1）設(shè)置主機(jī)名；

（2）設(shè)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)；（重新掛載是指根文件檢測完之后）

（6）設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘；

（7）根據(jù)/etc/sysctl.conf文件來設(shè)置內(nèi)核參數(shù)；

（8）激活lvm即軟raid設(shè)備；

（9）激活swap設(shè)備；

（10）加載額外設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序；（內(nèi)核加載驅(qū)動(dòng)只加載根文件系統(tǒng)的）

（11）清理操作；

注意：在init配置文件：/etc/inittab中，有一行內(nèi)容是定義/etc/rc.d/rc.sysinit，此腳本文件是負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)初始化的腳本文件。

10、關(guān)閉/啟動(dòng)對應(yīng)級別下的服務(wù)

腳本文件/etc/rc.d/rc作用為當(dāng)級別切換時(shí)啟動(dòng)或停止服務(wù)；此腳本接受傳遞的參數(shù)給腳本中$runlevel變量然后，讀取/etc/rc$runlevel.d/K*和/etc/rc$runlevel.d/S*所有文件，這些文件就是為什么開機(jī)啟動(dòng)后，有些服務(wù)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，有些服務(wù)沒有啟動(dòng)的原因。

K*：要停止的服務(wù)，K##*，優(yōu)先級，數(shù)字越小，越優(yōu)先關(guān)閉，依賴的服務(wù)先關(guān)閉，然后再關(guān)閉被依賴的。

S*：要啟動(dòng)的服務(wù)，S##*，優(yōu)先級，數(shù)字越小，越是優(yōu)先啟動(dòng)，被依賴的服務(wù)先啟動(dòng)，而依賴的服務(wù)后啟動(dòng)。

/etc/rc.d/init.d目錄還有個(gè)鏈接目錄為/etc/init.d目錄，這兩目錄下文件相同。

11、啟動(dòng)終端（圖形終端）

操作系統(tǒng)啟動(dòng)完成

三、系統(tǒng)啟動(dòng)流程總結(jié)

內(nèi)核級別：

1.POST做開機(jī)啟動(dòng)時(shí)候的硬件檢測功能

2.BootSequence(BIOS)啟動(dòng)加載主引導(dǎo)分區(qū)MBR中的引導(dǎo)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(dǎo)

第2段在boot/grub中提供內(nèi)部接口和調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核kernel

3.Kernel識別硬件、加載驅(qū)動(dòng)、只讀掛載根文件系統(tǒng)、同時(shí)交付給用戶空間第一個(gè)程序/sbin/init

此處特別要注意，系統(tǒng)發(fā)行商為了適應(yīng)多種硬件接口驅(qū)動(dòng)調(diào)用，會(huì)在第一次安裝系統(tǒng)時(shí)候，自動(dòng)識別硬件接口，并調(diào)用唯一驅(qū)動(dòng)程序來生成ramdisk文件，以內(nèi)存當(dāng)磁盤做虛根，驅(qū)動(dòng)接手后會(huì)切換到真實(shí)的根文件系統(tǒng)上

CentOS 5系列是initrd，當(dāng)磁盤映像文件會(huì)造成二次緩存緩沖

CentOS 6/7系列改進(jìn)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接管后更新其配置文件來初始化

5.根據(jù)/sbin/init中的配置會(huì)設(shè)置默認(rèn)運(yùn)行級別，以及一些在/etc/init.d/設(shè)置的開機(jī)服務(wù)

6./etc/rc.d/rc.sysinit運(yùn)行系統(tǒng)初始化腳本，完成系統(tǒng)初始化

7.關(guān)閉對應(yīng)級別下需要停止的服務(wù)，啟動(dòng)對應(yīng)級別下需要開啟的服務(wù)

8.設(shè)置登錄終端，至此啟動(dòng)結(jié)束。