20.1 Linux啟動流程分析

Linux啟動過程：

按下開機電源后計算機硬件主動讀取BIOS來加載硬件信息以及硬件系統(tǒng)的自我測試，之后系統(tǒng)會主動讀取第一個可啟動的設(shè)備（由BIOS設(shè)置），此時就可以讀入引導(dǎo)加載程序（boot loader）了，引導(dǎo)加載程序指定使用那個內(nèi)核文件來啟動，并實際加載內(nèi)核到內(nèi)存中解壓縮與執(zhí)行，此時內(nèi)核就能夠在內(nèi)存中活動，并檢測所有硬件信息與加載適當?shù)尿?qū)動程序來使主機運行，等內(nèi)核檢測硬件與加載驅(qū)動程序完畢后，就可以登錄了。

1）加載BIOS的硬件信息與進行自我測試，并依據(jù)設(shè)置取得第一個可啟動的設(shè)備

2）讀取并執(zhí)行第一個啟動設(shè)備內(nèi)MBR的boot Loader（即grub，spfdisk等程序）

3）依據(jù)boot loader的設(shè)置加載內(nèi)核，內(nèi)核開始檢測硬件和加載驅(qū)動程序

4）在硬件驅(qū)動成功后，Kernel會主動調(diào)用init進程，而init會取得run-level信息

5）init執(zhí)行/etc/rc.d/rc.sysinit文件來準備軟件執(zhí)行的操作環(huán)境

6）init執(zhí)行run-level的各個服務(wù)的啟動

7）init執(zhí)行/etc/rc.d/rc.local文件

8）init執(zhí)行終端機模擬程序mingetty來啟動login進程，最后等待用戶登錄

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Boot Loader的主要功能：

提供菜單：用戶可以選擇不同的啟動選項，也是多重引導(dǎo)的重要功能

加載內(nèi)核文件：直接指向可啟動的程序區(qū)段來開始操作系統(tǒng)

轉(zhuǎn)交其他loader：將引導(dǎo)裝載功能轉(zhuǎn)交給其他loader負責

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問題1）：每種操作系統(tǒng)都有自己的boot loader，對于多操作系統(tǒng)，每個操作系統(tǒng)必須使用自己的loader才能加載自己的操作系統(tǒng)內(nèi)核，而系統(tǒng)的MBR只有一個，怎么能同時在一部主機上安裝windows和linux呢

答案：由于boot loader具有菜單功能，因此可以選擇不同的內(nèi)核來啟動。由于具有控制權(quán)轉(zhuǎn)交的功能，因此可以加載其他boot sector內(nèi)的loader，（windows的loader默認布局有控制權(quán)轉(zhuǎn)交功能，因此不能用windows的loader加載linux的loader）

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問題2）：假設(shè)linuux安裝在SATA硬盤上，可以通過BIOS的INT13取得boot loader與kenerl文件來啟動，然后kernel會開始接管系統(tǒng)并且檢測硬件及嘗試掛載根目錄來取得額外的驅(qū)動程序。但是內(nèi)核根本不認識SATA磁盤，所以需要加載SATA磁盤的驅(qū)動程序，否則根本無法掛載根目錄，但是SATA的驅(qū)動程序在/lib/modules內(nèi)，根本無法掛載根目錄，又怎么能讀取到/lib/modules內(nèi)的驅(qū)動程序呢？

答案：通過虛擬文件系統(tǒng)解決，一般使用的文件名是/boot/initrd。該文件能夠通過boot loader加載到內(nèi)存中，文件被解壓縮并在內(nèi)存中仿真成一個根目錄，且此仿真在內(nèi)存中的文件系統(tǒng)能夠提供一個可執(zhí)行程序，通過該程序來加載啟動過程中所需要的內(nèi)核模塊，通常是USB，RAID，LVM，SCSI等文件系統(tǒng)與硬盤接口的驅(qū)動程序。等載入完成后，會幫助內(nèi)核重新調(diào)用/sbin/init來開始后續(xù)的正常流程

（如果linux安裝在IDE接口的磁盤上，且默認使用ext2/ext3文件系統(tǒng)，那么不需要initrd也能順利啟動linux）

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內(nèi)核加載完畢進行完硬件檢測與驅(qū)動程序加載后，主機硬件就已經(jīng)準備就緒來，此時內(nèi)核會主動調(diào)用第一個進程，就是/sbin/init （init的PID為1），/sbin/init的主要功能就是準備軟件執(zhí)行的環(huán)境，包括系統(tǒng)主機名、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、語系處理、文件系統(tǒng)格式及其他服務(wù)的啟動。而所有的操作都會通過init的配置文件/etc/inittab來規(guī)劃

inittab一個很重要的設(shè)置選項就是run level

0——halt （系統(tǒng)直接關(guān)機）

1——single user mode（單用戶維護模式，用在系統(tǒng)出問題時維護）

2——Multi-user，without NFS（類似run level3，但無NFS服務(wù)）

3——Full multi-user mode（完整含有網(wǎng)絡(luò)功能的純文本模式）

4——unused （系統(tǒng)保留功能）

5——X11（與run level3 類似，但加載使用X Windows）

6——reboot （重新啟動）

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在/etc/inittab里有一句："si::sysint:/etc/rc.d/rc.sysinit"表示：開始加載各項系統(tǒng)服務(wù)之前，得先設(shè)置好整個系統(tǒng)環(huán)境，主要利用/etc/rc.d/rc.sysinit這個shell script 來設(shè)置好系統(tǒng)環(huán)境的

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啟動系統(tǒng)服務(wù)與相關(guān)啟動配置文件（/etc/rc.d/rc N & /etc/sysconfig）

/etc/rc.d/rc5的意義是這樣的：

通過外部第一號參數(shù)（$1）來取得想要執(zhí)行的腳本目錄，即由/etc/rc.d/rc 5可以取得/etc/rc5.d/這個目錄來準備處理相關(guān)的腳本程序

找到/etc/rc5.d/K??*開頭的文件，并進行/etc/rc5.d/K??* stop 的操作

找到/etc/rc5.d/S??*開頭的文件，并進行/etc/rc5.d/S??* start的操作

（/etc/rc5.d下的文件全部是鏈接文件，鏈接到stand alone服務(wù)啟動的目錄/etc/init.d中）

如/etc/rc5.d/K91capistop-->/etc/init.d/capistop

/etc/rc5.d/S10networkstart--> /etc/init.d/networdkstart?

S和K后的數(shù)字表示文件執(zhí)行的順序，S99local就是/etc/rc.d/rc.local是最后執(zhí)行

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用戶自定義開機啟動程序（/etc/rc.d/rc.local）

如果用戶有任何想要在啟動時進行的工作，直接將它寫入/etc/rc.d/local，那個該工作就會在啟動的時候自動加載

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啟動過程會用到的主要配置文件：

1)模塊：/etc/modprobe.conf （這個文件大多在于指定系統(tǒng)內(nèi)的硬件所使用的模塊，如果系統(tǒng)檢測到錯誤的驅(qū)動程序，或者你想要使用更新的驅(qū)動程序來對應(yīng)相關(guān)的硬件配備時，就得要手動處理該文件）

2)/etc/sysconfig/*下的幾個文件：

authconfig 這個文件主要設(shè)置用戶的身份認證的機制，包括是否使用本地/etc/passwd，/etc/shadow等

clock 該文件用于設(shè)置linux主機的失去，可以使用格林威治時間，也可以使用本地時間

i18n 用于設(shè)置一些語系的使用方面

keyboard&mouse 設(shè)置鍵盤與鼠標的形式

network 可以設(shè)置是否啟動網(wǎng)絡(luò)，以及設(shè)置主機名還有網(wǎng)關(guān)信息

network-scripts 主要用于設(shè)置網(wǎng)卡

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切換run level： init N

顯示當前的run level ：runlevel 　?。ㄝ敵鼋Y(jié)果左邊代表前一個runlevel,右邊代表目前的runlevel）

init 0 關(guān)機

init 6 重啟

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20.2 內(nèi)核與內(nèi)核模塊

內(nèi)核和內(nèi)核模塊存放位置：

內(nèi)核：/boot/vmlinuz或/boot/vmlinuz-version

內(nèi)核解壓所需RAMDisk：/boot/initrd （/boot/initrd-version）

內(nèi)核模塊：/lib/modules/version/kernel或 /lib/modules/$(uname -r)/kernel

內(nèi)核源碼：/usr/src/linux 或/usr/src/kernels（要安裝才會有，默認不安裝）

內(nèi)核版本：/proc/version

系統(tǒng)內(nèi)核功能：/proc/sys/kernel

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內(nèi)核模塊與依賴性：

/lib/modules/$(uname -r)/modules.dep文件記錄了在內(nèi)核支持的模塊的各項依賴性

例如，做好的網(wǎng)卡驅(qū)動程序，文件名為a.ko，如何更新內(nèi)核依賴性？

使用depmod命令就可以實現(xiàn)（depmod [-Ane]）

cp a.ko /lib/module/$(uname -r)/kernel/driver/net

depmod

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內(nèi)核模塊的查看：

lsmod

使用lsmod后，系統(tǒng)會顯示出目前已存在與內(nèi)核中的模塊，顯示包括：模塊名稱module、模塊的大小size、此模塊是否被其他模塊所使用Used by

modinfo [-adln] [module_name|filename]

如：modinfo wmi

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內(nèi)核模塊的加載與刪除：

如果想要自行手動加載模塊，最簡單也建議使用modprobe命令來加載模塊，因為modprobe會主動查找modules.dep的內(nèi)容，先克服了模塊的依賴性后，菜決定需要加載的模塊有哪些。insmod則完全有用戶加載一個完整文件名的模塊，并不會主動分析模塊依賴性

modprobe [-lcfr] module_name

insmod [/full/path/module_name] [parameters]

例如：嘗試載入cifs.ko這個文件系統(tǒng)模塊

insmod /lib/module/$(uname -r)/kernel/fs/cifs/cifs.ko

lsmod | grep cifs

刪除模塊：rmmod [-fw] module_name

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20.3 Boot Loader:Grub

boot loader的程序代碼執(zhí)行與設(shè)置值加載分為兩個階段來執(zhí)行

stage1：執(zhí)行boot loader主程序（這個主程序必須要安裝在啟動區(qū)，即MBR或者boot sector，因為MBR實在太小來，所以MBR或boot sector通常僅安裝boot loader最小主程序，并沒有安裝loader的相關(guān)配置文件）

stage2：通過boot loader加載所有配置文件與相關(guān)的環(huán)境參數(shù)文件（包括文件系統(tǒng)定義與主要配置文件menu.lst），一般來說，配置文件都在/boot下

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安裝在MBR的grub主程序最終要的任務(wù)之一就是從磁盤中加載內(nèi)核文件，以讓內(nèi)核能夠順利驅(qū)動整個系統(tǒng)的硬件

grub的硬盤代號如hd（0，0）表示第一塊查找到的硬盤代號為（hd0），該硬盤的第一號分區(qū)為（hd0，0）

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/boot/grub/menu.lst (grub.cfg)

default=0　　默認的啟動選項，使用第一個啟動菜單

timeout=5?　　若5秒內(nèi)未動鍵盤，使用默認菜單啟動

hiddenmenu 讀秒期間是否顯示完整的菜單界面

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需要initrd時刻為：

根目錄所在磁盤為SATA、USB或SCSI等連接接口

跟母所在文件系統(tǒng)為LVM、RAID等特殊格式

根目錄所在文件系統(tǒng)為非傳統(tǒng)Linux“認識”的文件系統(tǒng)

其他必須要在內(nèi)核加載時提供的模塊

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可以使用mkinitrd命令來重制initrd文件

mkinitrd [-v] [--with=模塊名稱] initrd文件名 內(nèi)核版本

例1：以mkinitrd的默認功能創(chuàng)建一個initrd虛擬硬盤文件

mkinitrd -v initrd_$(uanem -r) ?$(uname -r)

例2：增加8139too這個模塊的initrd文件

mkinitrd -v --with=8139too initrd_vbirdtest ?$(uname -r)

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安裝grub（grub-install是安裝grub相關(guān)的文件到設(shè)備上去等待在啟動時被讀取，但還需要設(shè)置好配置文件menu.lst后，再以grub shell來安裝grub主程序到MBR或者boot sector上面去）

grub-install [--root-directory=DIR] ?INSTALL_DEVICE

例1：將grub安裝到目前系統(tǒng)的MBR下面，我的系統(tǒng)為/dev/had

grub-install /dev/hda

例2：我的/home為獨立的/dev/sda3，如何安裝grub到/dev/sda3

grub-install --root-directory=/home /dev/sda3

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內(nèi)核功能中的vga設(shè)置

解決tty1～tty6的分辨率問題

首先產(chǎn)看是否支持FRAMEBUFFER_CONSOLE這個內(nèi)核功能參數(shù)

grep 'FRAMEBUFFER_CONSOLE' ?/boot/config-3.2.0-23-generic-pae （如果出現(xiàn)CONFIG FRAMEBUFFER CONSOLE=y表示有支持）

修改分辨率 vi /boot/grub/menu.lst (或者是grub.cfg文件 添加紅色部分)

menuentry 'Ubuntu，Linux 3.2.0-67-generic-pae' --class ubuntu --class gnu-linux --class gnu --class os {
recordfail
gfxmode $linux_gfx_mode
insmod gzio
insmod part_msdos
insmod ext2
set root='(hd0,msdos1)'
search --no-floppy --fs-uuid --set=root c6008246-e4ee-490f-bec6-3f72108424dd
linux /boot/vmlinuz-3.2.0-67-generic-pae root=UUID=c6008246-e4ee-490f-bec6-3f72108424dd ro quiet splash $vt_handoff vga=790
initrd /boot/initrd.img-3.2.0-67-generic-pae
}

790對應(yīng)著1024*768的分辨率，還有其他參數(shù)，如784～795，769，771，773，775

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20.4啟動過程的問題解決

1）忘記密碼

a.重新啟動

b.啟動進入grub菜單后，在要進入的菜單上按“e” 進入菜單設(shè)置

grub edit>kernel /vmlinuz-2.6.18-92.e15 ro root=LABEL=/ rhgb quiet single

（我的ubuntu下應(yīng)該是linux /boot/vmlinuz-3.2.0-67-generic-pae root=UUID=c6008246-e4ee-490f-bec6-3f72108424dd ro quiet splash $vt_handoff single ）

按下enter在按b就能夠啟動進入單用戶維護模式

c.進入單用戶模式后，就可以執(zhí)行shell，輸入passwd就能夠重新root密碼，在執(zhí)行init 5可以切換成X窗口界面

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2）init配置文件錯誤

a.同樣啟動進入grub后

grub edit>kernel /vmlinuz-2.6.18-92.e15 ro root=LABEL=/ rhgb quiet? init=/bin/bash

將內(nèi)核調(diào)用的第一個進程init變成/bin/bash

b.在shell中輸入mount -o remount,rw /（將根目錄重新掛載成可讀寫）

mount -a（參考/etc/fstab的內(nèi)容重新掛載文件系統(tǒng)）

c.然后進行救援工作，完畢后，重啟一次就可以了

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鳥哥的linux私房菜——第20章 啟動流程、模塊管理與loader