系统启动和内核管理

系统启动和内核管理

CentOS 5和6的启动流程  

服务管理

Grub管理  

自制Linux  

启动排错  

编译安装内核

Linux组成

Linux: kernel+rootfs 

kernel: 

  进程管理、

  内存管理、

  网络管理、

  驱动程序、

  文件系统、

  安全功能 

rootfs:程序和glibc 

  库：函数集合, function, 调用接口（头文件负责描述） 

    过程调用：procedure，无返回值 

    函数调用：function 程序：二进制执行文件  

内核设计流派： 

    单内核(monolithic kernel)：Linux 把所有功能集成于同一个程序 

    微内核(micro kernel)：Windows, Solaris 每种功能使用一个单独子系统实现

    Linux内核特点： 支持模块化：.ko（内核对象） 

        如：文件系统，硬件驱动，网络协议等 支持内核模块的动态装载和卸载  

    组成部分： 

        核心文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release ramdisk：

        辅助的伪根系统

            CentOS 5: /boot/initrd-VERSION-release.img 

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

        模块文件：/lib/modules/VERSION-release

centos6启动流程

1.加载BIOS的硬件信息，获取第一个启动设备。 

2.读取第一个启动设备MBR的引导加载程序(grub)的启动信息 

3.加载核心操作系统的核心信息，核心开始解压缩，并尝试驱 动所有的硬件设备。 

4.核型执行init程序并获取运行信息。 

5.Init执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件。 

6.启动核心的外挂模块(/etc/modprobe.conf)。 

7.Init执行运行的各个批处理文件(scripts). 

8.Init执行/etc/rc.d/rc.local. 

9.执行/bin/login程序，等待用户登录。 

10.登录之后开始以Shell控制主机。

启动流程

 POST：Power-On-Self-Test，加电自检，是BIOS功能的一个主要部 分。负责完成对CPU、主板、内存、硬盘子系统、显示子系统、串并行接 口、键盘、CD-ROM光驱等硬件情况的检测。 ROM：BIOS，Basic Input and Output System，保存着有关计 算机系统最重要的基本输入输出程序，系统信息设置、开机加电自检程序和 系统启动自举程序等。 RAM：CMOS互补金属氧化物半导体，保存各项参数的设定 按次序查找引导设备，第一个有引导程序的设备为本次启动设备  

 bootloader: 引导加载器，引导程序 

     windows: ntloader，仅是启动OS 

     Linux：功能丰富，提供菜单，允许用户选择要启动系统或不同的内 核版本；把用户选定的内核装载到内存中的特定空间中，解压、展开，并把 系统控制权移交给内核 

 LILO：LInux LOader 

 GRUB: GRand Unified Bootloader 

     GRUB 0.X: GRUB Legacy， GRUB2

MBR: 446: bootloader, 64: 分区表, 2: 55AA

GRUB: primary boot loader : 1st stage，1.5 stage secondary boot loader ：2nd stage，分区文件

kernel： 

    自身初始化： 

        探测可识别到的所有硬件设备 

        加载硬件驱动程序（可能借助于ramdisk加载驱动） 

        以只读方式挂载根文件系统 

        运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init

init程序的类型：

     SysV: init, CentOS 5之前 

         配置文件：/etc/inittab

     Upstart: init,CentOS 6 

         配置文件：/etc/inittab, /etc/init/*.conf

     Systemd：systemd, CentOS 7 

         配置文件：/usr/lib/systemd/system /etc/systemd/system

     ramdisk：  

         内核中的特性之一：使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件 访问 

             ramdisk --> ramfs 提高速度 

             CentOS 5: initrd,  工具程序：mkinitrd 

             CentOS 6: initramfs， 工具程序：mkinitrd, dracut  

    系统初始化： POST --> BootSequence (BIOS) --> Bootloader(MBR) --> kernel(ramdisk) --> rootfs(只读) -> init（systemd）

     /sbin/init CentOS 5  

         运行级别：为系统运行或维护等目的而设定；0-6：7个级别 

         0：关机 

         1：单用户模式(root自动登录), single, 维护模式 

         2: 多用户模式，启动网络功能，但不会启动NFS；维护模式 

         3：多用户模式，正常模式；文本界面 

         4：预留级别；可同3级别 

         5：多用户模式，正常模式；图形界面 

         6：重启  

     默认级别： 3, 5 切换级别：init #  

     查看级别：runlevel ; who -r

 init初始化

init读取其初始化文件：/etc/inittab 

初始运行级别(RUN LEVEL) 

系统初始化脚本 

对应运行级别的脚本目录 

捕获某个关键字顺序 

定义UPS电源终端/恢复脚本 

在虚拟控制台生成getty 

在运行级别5初始化X

CentOS5的inittab文件

配置文件：/etc/inittab  

    每一行定义一种action以及与之对应的process 

    id:runlevel:action:process action: 

    wait: 切换至此级别运行一次； 

    respawn：此process终止，就重新启动之 

    initdefault：设定默认运行级别；process省略 

    sysinit：设定系统初始化方式，此处一般为指定 

        /etc/rc.d/rc.sysinit 

    ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now 

    id:3:initdefault: 

    si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit 

    l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0 

    l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1... 

    l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

CentOS6 /etc/inittab和相关文件 

/etc/inittab 

    设置系统默认的运行级别 

        id:3:initdefault:

/etc/init/control-alt-delete.conf

/etc/init/tty.conf

/etc/init/start-ttys.conf  

/etc/init/rc.conf  

/etc/init/prefdm.conf

用户空间启动流程

/etc/rc.d/rc.sysinit: 系统初始化脚本 

    (1) 设置主机名 

    (2) 设置欢迎信息 

    (3) 激活udev和selinux 

    (4) 挂载/etc/fstab文件中定义的文件系统 

    (5) 检测根文件系统，并以读写方式重新挂载根文件系统 

    (6) 设置系统时钟 

    (7) 激活swap设备 

    (8) 根据/etc/sysctl.conf文件设置内核参数 

    (9) 激活lvm及software raid设备 

    (10) 加载额外设备的驱动程序 

    (11) 清理操作

    说明：rc N --> 意味着读取/etc/rc.d/rcN.d/ 

        K*: K##*：##运行次序；数字越小，越先运行；数字 越小的服务，通常为依赖到别的服务 

        S*: S##*：##运行次序；数字越小，越先运行；数字 越小的服务，通常为被依赖到的服务 

   for srv in /etc/rc.d/rcN.d/K*; do 

       $srv stop 

   done for 

   srv in /etc/rc.d/rcN.d/S*; do 

       $srv start 

   done

   chkconfig命令

 chkconfig命令  

     查看服务在所有级别的启动或关闭设定情形： 

     chkconfig [--list] [name]  

     添加： 

         SysV的服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d (/etc/init.d) 

         chkconfig --add name 

         #!/bin/bash 

         #LLLL 表示初始在哪个级别下启动，-表示都不启动 

         # chkconfig: LLLL nn nn  

     删除： 

         chkconfig --del name 修改指定的链接类型 

         chkconfig [--level levels] name <on|off|reset> 

         --level LLLL: 指定要设置的级别；省略时表示2345

          ntsysv命令

xinetd管理的服务 

service 命令：

    手动管理服务 service 服务 start|stop|restart 

    service --status-all  

瞬态

（Transient）服务被xinetd进程所管理 

进入的请求首先被xinetd代理 

配置文件：/etc/xinetd.conf、/etc/xinetd.d/<service> 

与libwrap.so文件链接 

用chkconfig控制的服务： 

    chkconfig tftp on

破解root口令 

总结：/sbin/init --> (/etc/inittab) --> 设置默认运行级 别 --> 运行系统初始脚本、完成系统初始化 --> (关闭对应 下需要关闭的服务)启动需要启动服务 --> 设置登录终端

CentOS 6 init程序为: upstart, 其配置文件： /etc/inittab, /etc/init/*.conf，配置文件的语法 遵循 upstart配置文件语法格式，和CentOS5不同

grub legacy

 CentOS 6启动流程： POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader --> Kernel(ramdisk) --> rootfs --> switchroot --> /sbin/init ->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 设定默认运行级别 --> 系统 初始化脚本rc.sysinit --> 关闭或启动对应级别的服务 --> 启动终端  

 grub: GRand Unified Bootloader 

 grub 0.x: grub legacy 

 grub 1.x: grub2 

 grub legacy: 

     stage1: mbr 

     stage1_5: mbr之后的扇区，让stage1中的bootloader 能识别stage2所在的分区上的文件系统 

     stage2：磁盘分区(/boot/grub/)

 配置文件：/boot/grub/grub.conf <-- /etc/grub.conf stage2及内核等通常放置于一个基本磁盘分区  

 功用：  

     (1) 提供启动菜单、并提供交互式接口 

         a：内核参数 

         e: 编辑模式，用于编辑菜单 

         c: 命令模式，交互式接口  

     (2) 加载用户选择的内核或操作系统 

         允许传递参数给内核 

         可隐藏启动菜单  

     (3) 为菜单提供了保护机制 

         为编辑启动菜单进行认证 

         为启用内核或操作系统进行认证

识别硬盘设备： 

    (hd#,#) 

    hd#: 磁盘编号，用数字表示；从0开始编号 

    #: 分区编号，用数字表示; 从0开始编号 

    (hd0,0) 第一块硬盘，第一个分区

手动在grub命令行接口启动系统： 

   grub> root (hd#,#) 

   grub> kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE ro root=/dev/DEVICE 

   grub> initrd /initramfs-VERSION-RELEASE.img 

   grub> boot

配置文件：/boot/grub/grub.conf 

default=#: 设定默认启动的菜单项；落单项(title)编号从0开始 

timeout=#：指定菜单项等待选项选择的时长 

splashp_w_picpath=(hd#,#)/PATH/TO/XPM_FILE：菜单背景图片文件路径 

hiddenmenu：隐藏菜单 password [--md5] STRING: 启动菜单编辑认证 

title TITLE：定义菜单项“标题”, 可出现多次 

root (hd#,#)：grub查找stage2及kernel文件所在设备分区；为grub“根” 

kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS]：启动的内核 

initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 内核匹配的ramfs文件 

password [--md5] STRING: 启动选定的内核或操作系统时进行认证

grub加密 

grub-md5-crypt命令  

破解root口令： 

    启动系统时，设置其运行级别1  

   进入单用户模式： 

       (1) 编辑grub菜单(选定要编辑的title，而后使用e命令); 

       (2) 在选定的kernel后附加 1, s, S或single都可以； 

       (3) 在kernel所在行，键入“b”命令

grub安装 

 安装grub： 

     (1) grub-install 

         安装grub stage1和stage1_5到/dev/DISK磁盘上，并 复制GRUB相关文件到 DIR/boot目录下 

         grub-install --root-directory=DIR /dev/DISK

     (2) grub 

         grub> root (hd#,#) 

         grub> setup (hd#)

自制linux系统

分区并创建文件系统 

    fdisk /dev/sdb 

    分两个必要的分区 

    /dev/sdb1对应/boot   /dev/sdb2对应根 

    / mkfs.ext4 /dev/sdb1  

挂载boot 

     mkdir /mnt/boot 

     mount /dev/sdb1 /mnt/boot  

安装grub 

     grub-install --root-directory=/mnt /dev/sdb

 恢复内核和initramfs文件 

      cp /boot/vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64  /mnt/boot/ 

      cp /boot/initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img  /mnt/boot

建立grub.conf文件 

    Vim /mnt/boot/grub.conf 

    kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 

    root=/dev/sda2  selinux=0 init=/bin/bash 

    chroot /mnt/sysroot

创建一级目录 

        mkdir /mnt/sysroot 

        mount  /dev/sdb2   /mnt/sysroot 

        mkdir –pv /mnt/sysroot/{etc,lib,lib64,bin,sbin,tmp,var,usr,sys,proc ,opt,home,root,boot,dev,mnt,media}

复制bash和相关库文件

救援环境

在根文件系统无法使用时需要，如/bin/mount删除  

对系统没有特殊要求  

从光盘引导（boot.iso或者安装光盘#1）  

从USB盘（由boot.iso制作）引导

文件系统重组 

    Anaconda将会询问是否应该挂载文件系统 

    /mnt/sysp_w_picpath/* 

    /mnt/stage2 

    $PATH包括硬盘的目录  

文件系统节点 

    提供系统特定的设备文件 

    mknod了解major/minor #’s

系统配置文件丢失修复

系统在引导期间，很重要的一个过程就是init进程读取其配 置文件/etc/inittab，启动系统基本服务程序及默认运行 级别的服务程序完成系统引导，如果/etc/inittab误删除 或修改错误，Linux将无法正常启动。此时，只有通过救援 模式才可以解决此类问题。  

有备份文件的回复方法  

没有备份文件的恢复办法

有备份文件的恢复办法： 进入救援模式，执行chroot命令后，如果有此文件 的备份（强烈建议系统中的重要数据目录，如/etc 、/boot等要进行备份），直接将备份文件拷贝回 去，退出重启即可。如果是配置文件修改错误，如 比较典型的/boot/grub/grub.conf及/etc/passwd 的文件修改错误，也可以直接修正恢复。假设有备 份文件/etc/inittab.bak，则在救援模式下执行： 

sh-3.1# chroot /mnt/sysp_w_picpath 

sh-3.1# cp /etc/inittab.bak /etc/inittab

没有备份文件的恢复办法 如果一些配置文件丢失或软件误删除，且无备份，可以通过重新 安装软件包来恢复，首先查找到/etc/inittab属于哪一个RPM包 

# chroot /mnt/sysp_w_picpath 

# rpm -qf /etc/inittab initscripts-9.03.49-1.el6.centos.x86_64 

退出chroot模式： 

# exit 

挂载存放RPM包的安装光盘（在救援模式下，光盘通常挂载在 /mnt/source目录下）：

# mount /dev/sr0 /mnt/source CentOS6系统的RPM包存放在光盘Package目录下，另外，因 为要修复的硬盘系统的根目录在/mnt/sysp_w_picpath下，需要使用-root选项指定其位置。覆盖安装/etc/inittab文件所在的RPM 包： 

# rpm -ivh --replacepkgs | force /mnt/source/Packages/ initscripts-9.03.49-1.el6.centos.x86_64.rpm 其中的rpm命令选项“--replacepkgs”表示覆盖安装，执行完成 后，即已经恢复了此文件。

如果想只提取RPM包中的/etc/inittab文件进行恢复，可以在进 入救援模式后，执行命令： 

# rpm2cpio /mnt/source/Packages/initscripts-9.03.491.el6.centos.x86_64.rpm| cpio -idv ./etc/inittab 

# cp etc/inittab /mnt/sysp_w_picpath/etc 注意此命令执行时不能将文件直接恢复至/etc目录，只能提取到 当前目录下，且恢复的文件名称所在路径要写完整的路径。提取 文件成功后，将其复制到根分区所在的/mnt/sysp_w_picpath目录下相 应位置即可

内核编译

单内核体系设计、但充分借鉴了微内核设计体系的优点，为 内核引入模块化机制。  

内核组成部分： 

    kernel: 内核核心，一般为bzImage，通常在/boot目录 下，名称为vmlinuz-VERSION-RELEASE；  

kernel object: 内核对象，一般放置于 

    /lib/modules/VERSION-RELEASE/ 

      [ ]: N 

      [M]: M 

      [*]: Y 

      辅助文件：ramdisk 

      initrd 

      initramfs

内核版本

运行中的内核： 

    uname命令： 

    uname - print system information 

    uname [OPTION]... 

        -n: 显示节点名称； 

        -r: 显示VERSION-RELEASE; 

        -a:显示所有信息

内核模块命令

lsmod命令： 显示由核心已经装载的内核模块 

    显示的内容来自于: /proc/modules文件

modinfo命令： 显示模块的详细描述信息 

    modinfo [ -k kernel ]  [ modulename|filename... ] 

        -n: 只显示模块文件路径 

        -p: 显示模块参数 

        -a: author 

        -d: description 

        -l: license 

    lsmod |grep xfs;modinfo xfs

内核模块管理

modprobe命令： 

    装载或卸载内核模块

modprobe [ -C config-file ]  [ modulename ]  [ module parame-ters... ]  

配置文件：

    /etc/modprobe.conf, 

    /etc/modprobe.d/*.conf

  modprobe [ -r ] modulename...

depmod命令： 内核模块依赖关系文件及系统信息映射文件的生成工具  

  装载或卸载内核模块：

  insmod命令：指定模块文件，不自动解决依赖模块 

          insmod [ filename ]  [ module options... ] 

          insmod `modinfo –n exportfs` 

          lnsmod `modinfo –n xfs`

      rmmod 

          rmmod [ modulename ] 

          rmmod xfs 

          rmmod exportfs

/proc目录 

/proc目录： 内核把自己内部状态信息及统计信息，以及可配置参数通 过proc伪文件系统加以输出 参数：只读：输出信息 可写：可接受用户指定“新值”来实现对内核某功 能或特性的配置

/proc/sys 

    (1) sysctl命令用于查看或设定此目录中诸多参数 

        sysctl -w path.to.parameter=VALUE 

        sysctl -w kernel.hostname=mail.magedu.com 

    (2) echo命令通过重定向方式也可以修改大多数参数的值 

        echo "VALUE" > /proc/sys/path/to/parameter 

        echo “websrv”  > /proc/sys/kernel/hostname