Linux服务器启动过程

Linux服务器启动过程 Linux服务器启动过程详解 随着Linux的应用日益广泛，特别是在网络应用方面，有大量的网络服务器使用Linux操作系统。由于Linux的桌面应用和Windows相比还有一定的差距，所以在企业应用中往往是Linux和Windows操作系统共存形成异构网络。在服务器端大多使用Linux和Unix的，目前Linux的擅长应用领域是单一应用的基础服务器应用，譬如DNS和DHCP服务器、Web服务器、目录服务器、防火墙、文件和打印服务器、Intranet代理服务器 。启动 Linux 系统的过程包括很多阶段。不管您是引导一个标准的 x86 处理器，还是PowerPC 机器，很多都惊人地相似。本文将描述了从开机到登录的 Linux 启动全过程。 (1) 从BIOS到内核 BIOS自检 计算机在接通电源之后首先由BIOS进行自检，即进行所谓的POST(Power On Self Test)，然后依据BIOS内设置的引导顺序从硬盘、软盘或CDROM中读入“引导块”。 在 PC 中，引导 Linux 是从 BIOS 中的地址 0xFFFF0 处开始的。 BIOS 的第一个步骤是加电自检(POST)。POST 的工作是对硬件进行检测。BIOS 的第二个步骤是进行本地设备的枚举和初始化。给定 BIOS 功能的不同用法之后，BIOS 由两部分组成:POST 代码和运行时服务。当 POST 完成之后，它被从内存中清理了出来，但是 BIOS 运行时服务依然保留在内存中，目标操作系统可以使用这些服务。 要引导一个操作系统，BIOS 运行时会按照 CMOS 的设置定义的顺序来搜索处于活动状态并且可以引导的设备。引导设备可以是软盘、CD-ROM、硬盘上的某个分区、网络上的某个设备，甚至是 USB 闪存。通常，Linux 都是从硬盘上引导的，其中主引导记录(MBR)中包含主引导加载程序。MBR 是一个 512 字节大小的扇区，位于磁盘上的第一个扇区中(0 道 0 柱面 1 扇区)。当 MBR 被加载到 RAM 中之后，BIOS 就会将控制权交给 MBR。 提取 MBR 的信息 要查看 MBR 的，请使用下面的命令: # dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1 # od -xa mbr.bin 这个 dd 命令需要以 root 用户的身份运行，它从 /dev/hda(第一个 IDE 盘) 上读取前 512 个字节的内容，并将其写入 mbr.bin 文件中。od 命令会以十六进制和 ASCII 码格式打印这个二进制文件的内容。 (2)启动GRUB/LILO GRUB和LILO都是引导加载程序。最简单地讲，引导加载程序(boot loader) 会引导操作系统。当机器引导它的操作系统时，BIOS 会读取引导介质上最前面的 512 字节(即人们所知的 主引导记录(master boot record，MBR))。在单一的 MBR 中只能存储一个操作系统的引导记录，所以当需要多个操作系统时就会出现问题。所以需要更灵活的引导加载程序。 GRUB 与 LILO 的比较 如本文开始处所述，所有引导加载程序都以类似的方式工作，满足共同的目的。不过，LILO 和 GRUB 之间有很多不同之处: , LILO 没有交互式命令界面，而 GRUB 拥有。 , LILO 不支持网络引导，而 GRUB 支持。 , LILO 将关于可以引导的操作系统位置的信息物 理上存储在 MBR 中。如果修改了 LILO 配置 文件，必须将 LILO 第一阶段引导加载程序重 。相对于 GRUB，这是一个更为危写到 MBR 险的选择，因为错误配置的 MBR 可能会让系 统无法引导。使用 GRUB，如果配置文件配置 错误，则只是默认转到 GRUB 命令行界面。 安全提示: 关于安全性，任何可以接触到引导磁盘/CD 的人，只需要使用没有设置安全性的 grub.conf 或 lilo.conf，就可以绕过本文中提及的所有安全。特别是使用 GRUB 时，因为能够引导到单用户模式，所以是一个严重的安全漏洞。解决此问题的一个简单方法是在机器的 BIOS 中禁止通过 CD 和软盘进行引导，并确保为 BIOS 设置了一个口令，使得其他人不能修改这些设置。 (3)加载内核 当内核映像被加载到内存之后，内核阶段就开始 了。内核映像并不是一个可执行的内核，而是一个压 缩过的内核映像。通常它是一个 zImage(压缩映像， 小于 512KB)或一个 bzImage(较大的压缩映像， 大于 512KB)，它是提前使用 zlib 进行压缩过的。 在这个内核映像前面是一个例程，它实现少量硬件设 置，并对内核映像中包含的内核进行解压，然后将其 放入高端内存中，如果有初始 RAM 磁盘映像，就会 将它移动到内存中，并标明以后使用。然后该例程会 调用内核，并开始启动内核引导的过程。 GRUB 中的手工引导 在 GRUB 命令行中，我们可以使用 initrd 映像 引导一个特定的内核，方法如下: grub> kernel /bzImage-2.6.14.2 [Linux-bzImage, setup=0x1400, size=0x29672e] grub> initrd /initrd-2.6.14.2.img [Linux-initrd @ 0x5f13000, 0xcc199 bytes] grub> boot Uncompressing Linux... Ok, booting the kernel. 如果您不知道要引导的内核的名称，只需使用斜线(/)然后按下 Tab 键即可。GRUB 会显示内核和 initrd 映像列表。 (4)执行init进程 init进程是系统所有进程的起点，内核在完成核内引导以后，即在本线程(进程)空间内加载init程序，它的进程号是1。init进程是所有进程的发起者和控制者。因为在任何基于Unix的系统(比如Linux)中，它都是第一个运行的进程，所以init进程的编号(Process ID，PID)永远是1。如果init出现了问题，系统的其余部分也就随之而垮掉了。 init进程有两个作用。第一个作用是扮演终结父进程的角色。因为init进程永远不会被终止，所以系统总是可以确信它的存在，并在必要的时候以它为参照。如果某个进程在它衍生出来的全部子进程结束之前被 终止，就会出现必须以init为参照的情况。此时那些失去了父进程的子进程就都会以init作为它们的父进程。快速执行一下ps -af 命令，可以列出许多父进程ID(Parent Process ID，PPID)为1的进程来。 init的第二个角色是在进入某个特定的运行级别(Runlevel)时运行相应的程序，以此对各种运行级别进行管理。它的这个作用是由/etc/inittab文件定义的。 (5)通过/etc/inittab文件进行初始化 init的工作是根据/etc/inittab来执行相应的脚本进行系统初始化，如设置键盘、字体， 装载模块，设置网络，等等。 /etc/inittab示例 [root@localhost ~]# vi /etc/inittab # # inittab This file describes how the INIT process should set up # the system in a certain run-level. # # Author: Miquel van Smoorenburg, # Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes # # Default runlevel. The runlevels used by RHS are: # 0 - halt (Do NOT set initdefault to this) # 1 - Single user mode # 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking) # 3 - Full multiuser mode # 4 - unused # 5 - X11 # 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this) # id:5:initdefault: # System initialization. si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0 "/etc/inittab" 53L, 1666C Linux操作系统有六种不同的运行级(run level)，在不同的运行级下，系统有着不同的状态，这六种运行级分别为: 0:停机(记住不要把initdefault 设置为0，因为这样会使Linux无法启动 ) 1:单用户模式，就像Win9X下的安全模式。 2:多用户，但是没有 NFS 。 3:完全多用户模式，标准的运行级，标准Console字符界面。 4:一般不用，在一些特殊情况下可以用它来做一些事情。 5:X11，启动时进入X-Window图形操作界面，即进到 X-Window 系统。 6:重新启动 (记住不要把initdefault 设置为6，因为这样会使Linux不断地重新启动)。 对于RedhatLinux来说，执行的顺序为: , /etc/rc.d/rc.sysinit # 由init 执行的第一个脚本 /etc/rc.d/rc.sysinit主要做在各个运行模式 中相同的初始化工作，包括: 设置初始的$PATH变量。 配置网络。 为虚拟内存启动交换。 设置系统的主机名。 检查root文件系统，以进行必要的修复。 检查root文件系统的配额。 为root文件系统打开用户和组的配额。 以读/写的方式重新装载root文件系统。 清除被装载的文件系统表/etc/mtab。 把root文件系统输入到mtab。 使系统为装入模块做准备。 查找模块的相关文件。 检查文件系统，以进行必要的修复。 加载所有其他文件系统。 清除几个/etc文件:/etc/mtab、/etc/fastboot 和/etc/nologin。 删除UUCP的lock文件。 删除过时的子系统文件。 删除过时的pid文件。 设置系统时钟。 打开交换。 初始化串行端口。 装入模块。 , /etc/rc.d/rcX.d/[KS] 首先终止“K”开头的服务，然后启动“S”开头 的服务。 对每一个运行级别来说，在/etc/rc.d子目 录中都有一个对应的下级目录。这些运行级别 的下级子目录的命名方法是rcX.d，其中的X 就是代表运行级别的数字。比如说，运行级别3 的全部命令脚本程序都保存在/etc/rc.d/rc3.d 子目录中。在各个运行级别的子目录中，都建 立有到/etc/rc.d/init.d子目录中命令脚本程 序的符号链接，但是，这些符号链接并不使用命令脚本程序在 /etc/rc.d/init.d子目录中原来的名字。如果命令脚本程序是用来启动一个服务的，其符号链接的名字就以字母S打头;如果命令脚本程序是用来关闭一个服务的，其符号链接的名字就以字母K打头。许多情况下，这些命令脚本程序的执行顺序都很重要。如果没有先配置网络接口，就没有办法使用DNS服务解析主机名～为了安排它们的执行顺序，在字母S或者 K的后面紧跟着一个两位数字，数值小的在数值大的前面执行。比如: /etc/rc.d/rc3.d/S50inet就会在 /etc/rc.d/rc3.d/S55named之前执行。存放在/etc/rc.d/init.d子目录中的、被符号链接上的命令脚本程序是真正的实干家，是它们完成了启动或者停止各种服务的操作过程。当 /etc/rc.d/rc运行通过每个特定的运行级别子目录的时候，它会根据数字的顺序依次调用各个命令脚本程序执行。它先运行以字母K打头的命令脚本程序，然后再运行以字母S打头的命令脚本程序。对以字母K打头的命令脚本程 序来说，会传递Stop参数;类似地对以字母S 打头的命令脚本程序来说，会传递 Start参数。 , 执行/etc/ec.d/rc.local Redhat Linux中的运行模式2、3、5都把 /etc/rc.d/rc.local做为初始化脚本中的最后 一个，所以用户可以自己在这个文件中添加一 些需要在其他初始化工作之后，登录之前执行 的命令。在维护Linux系统运转的日子里，肯 定会遇到需要系统管理员对开机或者关机命令 脚本进行修改的情况。如果所做的修改只在引 导开机的时候起作用，并且改动不大的话，可 以考虑简单地编辑一下/etc/rc.d/rc.local脚 本。这个命令脚本程序是在引导过程的最后一 步被执行的。 执行 /bin/login 程式 login 程序会提示使用者需输入账号及密码, 接着编码并确认密码的正确性, 若二者相合, 则为使用者进行初始化环境, 并将控制权交给 shell，即等待用户登录。 多次为止Linux启动过程全部结束。 最后笔者使用图1解释全部过程。 图1 Linux启动流程 总结:与 Linux 本身非常类似，Linux 的启动引导过程也非常灵活，可以支持众多的处理器和硬件平 台。LILO 引导加载程序对引导能力进行了扩充，但是它却缺少文件系统的感知能力。最新一代的引导加 载程序，例如 GRUB将更加灵活。