Linux 系统启动过程

linux

linux启动时我们会看到许多启动信息.
Linux 系统的启动过程并不如大家想像中的那么复杂,其过程可以分为5个阶段:
* 内核的引导
* 运行 init
* 系统初始化
* 建立终端
* 用户登录系统

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.

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

运行init

init 进程是系统所有进程的起点,你可以把它必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 程序首先是要读取配置文件 /etc/inittab.

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,禁止远程登录
* 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),登录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,登录后进入图形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置为6,否则不能正常启动

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

这一行表示已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rc启动脚本,/etc/rc.d/rc5.d/ 目录中的这些启动脚本实际搜是一些连接文件,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或者S开头的连接文件,对于以S开头的启动脚本,讲义start参数来运行.
而如果发现存在相应的脚本也存在K打头的连接,而且已经处于运行状态了(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
至于在每个运行级将运行哪些守护进程,用户可以通过chkchonfig或setup中的"System Services"来自行设定.

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,一遍用户登录系统.在inittab 中的一下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,而用户输入的用户名将作为参数传给login程序来验证用户的身份.

用户登录系统

一般来说,用户的登录方式有三种:
* (1)命令行登录
* (2)ssh登录
* (3)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登录界面.登录成功后可以直接进入 KDE,Gnome等窗口管理器.
而本文主要讲的还是文本方式登录的情况:当我们看到mingetty的登录界面是,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是防止非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文件用于对用户做出附加访问限制,如果不存在这个文件,则没有其他限制.

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 ~ F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窗口界面只要按下 Ctrl + Alt + F7 就可以回来了.
如果你使用的是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

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,正确的关机流程为 : sync > shutdown > reboot > halt
关机指令为 : shutdown,你可以man shutdown 来看一下 帮助文档.
例如你可以运行如下命令关机 :

sync # 将数据有内存同步到硬盘中
shutdown -h 10 # 'This server will shutdown after 10 mins'  这个命令告诉大家,计算机将在 10 分钟后关机,并且会显示在登录用户的当前屏幕中
shutdown -h now # 立马关机
shutdown -h 20:25 # 系统会在今天20:25关机
shutdown -h +10 十分钟后关机
shutdown -r now 系统立马重启
shutdown -r +10 系统十分钟后重启
reboot 就是重启,等同于 shutdown -r now
halt 关闭系统,等同于 shutdown -h now 和poweroff

最后总结一下,不管是重启系统还是关闭系统,首先要运行sync命令,把内存中的数据 写到磁盘当中.
关机的命令有 shutdown -h now halt poweroff 和init 0,重启系统的命令有 shutdown -r now reboot init 6

sync 命令

sync命令用于强制被改变的内容立刻写入磁盘,更新超块信息.
在Linux/Unix系统中,在文件或数据处理过程中一般先放到内存缓冲区中,等到适当的时候再写入磁盘,以提高系统的运行效率.sync命令则可用来强制将内存缓冲区中的数据立刻写入磁盘中.用户通常不需执行sync命令,系统会自动执行update或bdflush操作,将缓冲区的数据写入磁盘.只有在update或bdflush无法执行或用户需要非正常关机时,才需要手动执行sync命令.

sync(选项)
--help: 显示帮助
--version: 显示版本信息

buffer与cache
* buffer : 为了解决写磁盘的效率
* cache : 为了解决读磁盘的效率
linux 系统为了提高读写磁盘的效率,会先将数据放在一块buffer中.在写磁盘时并不是立即将数据写到磁盘中,而是先写入这块buffer中了,此时如果重启系统,就可能造成数据丢失.
sync命令用来flush文件系统buffer,这样数据才会真正写到磁盘当中,并且buffer才能能够释放出来,flush就是用来清空buffer.sync命令会强制将数据写入到磁盘中,并释放该数据对应的buffer,所以常常会在写磁盘后输入sync命令来将数据真正的写入磁盘.
如果不去手动的输入sync命令来真正的去写磁盘,linux系统也会周期性的去sync数据.