init 运行级别分析

关于INIT

init是Linux系统操作中不可缺少的程序之一。
　　所谓的init进程，它是一个由内核启动的用户级进程。内核自行启动（已经被载入内存，开始运行，并已初始化所有的设备驱动程序和数据结构等）之后，就通过启动一个用户级程序init的方式，完成引导进程。所以,init始终是第一个进程（其进程编号始终为1）。内核会在过去曾使用过init的几个地方查找它，它的正确位置（对Linux系统来说）是/sbin/init。如果内核找不到init，它就会试着运行/bin/sh，如果运行失败，系统的启动也会失败。

INIT运行级别

简单的说，运行级就是操作系统当前正在运行的功能级别。这个级别从1到6 ，具有不同的功能。不同的运行级定义如下：(可以参考Red Hat Linux 里面的/etc/inittab）
　　
# 0 - 停机（千万不能把initdefault 设置为0 ）
　　
# 1 - 单用户模式
　　
# 2 - 多用户，没有 NFS
　　
# 3 - 完全多用户模式(标准的运行级)
　　
# 4 - 没有用到
　　
# 5 - X11 （xwindow)
　　
# 6 - 重新启动 （千万不要把initdefault 设置为6 ）

这些级别在/etc/inittab 文件里指定。这个文件是init 程序寻找的主要文件，最先运行的服务是放在/etc/rc.d 目录下的文件。在大多数的Linux 发行版本中，启动脚本都是位于 /etc/rc.d/init.d中的。这些脚本被用ln 命令连接到 /etc/rc.d/rcn.d 目录。(这里的n 就是运行级0-6) 　

运行级别的配置

运行级别的配置是在/etc/inittab行内进行的，如下所示：

12 : 2 : wait : / etc / init.d / rc 2
　　
第一个字段是一个任意指定的标签；
第二个字段表示这一行适用于运行那个级别（这里是2）；
第三个字 段表示进入运行级别时，init应该运行第四个字段内的命令一次，而且init应该等待该命令结束。/etc/init.d/rc命令运行启动和终止输入以便进入运行级别2时所需的任何命令。
第四个字段中的命令执行设置运行级别时的一切“杂活”。它启动已经没有运行的服务，终止不应该再在新运行级别内运行的服务。根据Linux版本的不同，采用的具体命令也不同，而且运行级别的配置也是有差别的。
init启动时，它会在/etc/inittab内查找一个代码行，这一行指定了默认的运行级别：
id : 2 : initdefault :
你可以要求init在启动时，进入非默认运行级别，这是通过为内核指定一个“single”或“emergency” 命令行参数来实现的。比如说，内核命令行参数的指定可通过LILO来执行。这样一来，你就可以选择单用户模式了（即运行级别1）。系统正在运行时，telinit命令可更改运行级别。运行级别发生变化时， init 就会从/etc/inittab运行相应的命令。
/etc/inittab中的特殊配置
　　
/etc/inittab中，有几个特殊的特性，允许init重新激活特殊事件。这些特殊特性都是用第三个字段中的特殊关键字标记出来的。比如：
1. powerwait：允许init在电源被切断时，关闭系统。其前提是具有U P S和监视U P S并通知init电源已被切断的软件。
2. ctrlaltdel：允许init在用户于控制台键盘上按下C t r l + A l t + D e l组合键时，重新启动系统。注意，如果该系统放在一个公共场所，系统管理员可将C t r l + A l t + D e l组合键配置为别的行为，比如忽略等。

3. sysinit ：系统启动时准备运行的命令。比如说，这个命令将清除/tmp。

上面列出的特殊关键字尚不完整。其他的关键字及其使用详情，可参考你的inittab手册页。
　　
在单用户模式下引导
　　
　　一个重要的运行级别就是单用户模式（运行级别1），该模式中，只有一个系统管理员使用特定的机器，而且尽可能少地运行系统服务，其中包含登录。单用户模式对少数管理任务（比如在/usr分区上运行fsck）而言，是很有必要的，因为这需要卸载分区，但这是不可能的，除非所有的服务系统已被杀死。
　　一个正在运行的系统可以进入单用户模式，具体做法是利用init，请求运行级别1。内核启动时，在内核命令行指定single或emergency 关键字，就可进入运行级别1了。内核同时也为init指定命令行， init从关键字得知自己不应该采用默认的运行级别（内核命令行的输入方式和你启动系统的方式有关）。
　　有时，以单用户模式进行启动是必要的，这样一来，用户在装入分区之前，或至少在装入分散的/usr分区之前，能手工运行fsck（在分散的文件系统上，任何活动都可能使其更为分散，所以应该尽可能地运行fsck）。
　　如果自动化的fsck在启动时失败了，启动脚本init的运行将自动进入单用户模式。这样做是为了防止系统使用不连贯的文件系统，这个文件系统是f s c k不能自动修复的。文件系统不连贯的现象极为少见，而且通常会导致硬盘的不连贯或实验性的内核释放，但最好能做到防患于未然。

　　由于安全上的考虑，在单用户模式下，启动外壳脚本之前，配置得当的系统会要求用户提供root密码。否则，它会简单地为L I L O输入合适的一行代码，以r o o t的身份登录（当然，如果/etc/passwd已经由于文件系统的问题而不连贯了，就不适合这里的原则了，为对付这种情况，你最好随时准备一张启动盘）。
　　不同的运行级有不同的用处，也应该根据自己的不同情形来设置。例如，如果丢失了root口令，那么可以让机器启动进入单用户状态。在启动后的 lilo 提示符下输入：
　　
　　init=/bin/sh rw 使机器进入运行级1 ，并把 root 文件系统挂为读写。他会跳过所有系统认证，让你可以使用passwd 程序来改变root口令，然后启动到一个新的运行级。

upstart 应该说是 Ubuntu 所做的众多工作中最为杰出的一个，它将可以极大地加快 Linux 系统启动的过程。尽管它不是惟一的下一代 init 程序，但它已经作为 Ubuntu 的缺省 init 进程工作了相当长的时间，这点将极大有助于程序的成熟；而且，upstart 使用了基于事件的模型，而不是简单的将各个 daemon 并行化，这个架构上的突破也是具有革命性的，

下面我们来看这篇文章吧。

因为传统的System V 的 init daemon (Sysvinit)无法很好地处理现代硬件，如热插拔设备、USB硬盘或山村、网络文件系统等，Ubuntu 使用了Upstart init daemon。

本文抽取自最近出版的 A Practical Guide to Ubuntu Linux.

目前已经有多种 sysvinit 的替代产品了，这其中最为著名的一个就是 initng， 它已经可以用于 Debian 了，并且在 Ubuntu 上也能工作。在同一位置上，Solaris 使用 SMF (Service Management Facility)，而 Mac OS 则使用 launchd。而 Ubuntu 则更倾向于集这些软件的优点于一身。

Sysvinit daemon 是一个基于运行级别的初始化程序，它使用了运行级别（如单用户、多用户等）并通过从 /etc/rc?.d 目录到 /etc/init.d 目录的初始化脚本的链接来启动与终止系统服务。自从 Feisty 开始，Ubuntu 转向了 Upstart init daemon，并开始将Sysvinit 设置转换为 Upstart 的设置。本文探讨 Upstart 和残存的部分 Sysvinit 遗迹：/etc/rc?.d 和 /etc/init.d 目录以及运行级别的概念。

Upstart init daemon 是基于事件的，当系统中的什么情况发生变化时，它会运行某个特定的程序。这里被运行的程序多半是用来启动或终止服务的脚本。这个配置方式和systemv 在系统进入某个运行级别的时候运行init脚本的链接的概念实际上是非常类似的，只不过 upstart 更加灵活一些。Upstart 不仅能在运行级别改变的时候启动或终止服务，也能在接收到系统发生其他改变的信息的时候启动或终止服务。这些系统的改变被称为“事件”。例如，当 upstart 从 udev 接收到运行时文件系统加载、打印机安装或其他类似的设备添加或删除的信息，并采取相应的行动。Upstart 也可以在系统启动、关闭或某个任务状态改变的时候启动或关闭服务。

Upstart由五个包组成，（Ubuntu 中）它们都会被缺省安装：

upstart 提供Upstart init daemon 和 initctl 工具。
upstart-logd 提供 logd daemon 和 logd 服务的工作定义文件。
upstart-compat-sysv 提供了 rc 任务的工作定义文件，并提供了 reboot, runlevel, shutdown, telinit 等工具，以便与 sysvinit 相兼容。
startup-tasks 提供了系统启动任务的工作定义文件。
system-services 提供了 tty 服务的工作定义文件。

定义
有几个名词帮助我们理解 init 相关的东西。事件（event）是 init 可以得到的状态变更信息。几乎系统所有的内部或外部状态变更都可以触发一个事件。比如，引导程序会触发启动（startup）事件，系统进入运行级别2会触发运行级别2（runlevel 2）事件，而文件系统加载则会触发路径加载（path-mounted）事件，拔掉或安装一个热插拔或USB设备（如打印机）也会触发一个时间。用户还可以通过 initctl emit 命令来手动触发一个事件。

一个工作（job）是 init 可以理解的一系列指令。典型的指令包括一个程序（二进制文件或是脚本）和事件的名称。Upstart init daemon 会在事件触发的时候运行相应的程序。用户可以分别用 initctl start 和 stop 命令手动启动或终止一项工作。工作又可以分为任务和服务。

任务是运行、并在执行结束后返回到等待状态的工作。

服务是那些通常不会自己结束的工作。比如，logd daemon 和 gettys 就被实现为服务。init daemon 会监测每个服务的状态，如果服务出现问题会重启服务，在某些事件触发时或手工停止时会杀死服务。
/etc/event.d 目录下包含着一系列的工作定义文件（定义了 upstart init daemon 运行的工作的文件）。最初，这个目录由 Upstart 包来生成。在 Feisty 之后的 Ubuntu 中，被安装的服务会向这个目录中添加控制服务的文件，替代哪些安装到 /etc/rc?.d 和 /etc/init.d 目录的文件。

Upstart init daemon 的核心是一个状态机。它持续跟踪各个工作的状态，当有事件触发的时候，跟踪工作的状态改变。当 init 跟踪到一个工作的状态从一个转变到了另一个的时候，就可能会执行工作的命令或是终止工作。

System V 的 init daemon 通过改变运行级别来启动或停止服务。而使用 Upstart init daemon 的 Ubuntu 系统没有运行级别的概念。为了将基于运行级别的系统平滑移植到基于事件的系统，并为面向其他发布版的软件提供一定的兼容性，Ubuntu 使用 Upstart 模拟了运行级别。

在 /etc/event.d/rc? 文件中定义的 rc? 工作会运行 /etc/init.d/rc 脚本，这个脚本会运行链接到 /etc/rc?.d 目录中的 /etc/init.d 中的启动脚本，以模拟 SysVinit 的行为。当系统进入一个运行级别的时候，rc? 工作就会运行这些脚本。同时，Upstart 提供了 runlevel 和 telinit 工具以提供与 SysVinit 的兼容性。

使用 initctl (init control) 工具，具有 root 权限的管理员可以和 Upstart init daemon 通信。这个工具可以用来启动、停止或报告(report)一项工作。 比如，initctl list 命令会列出所有的工作和它们的状态：

$ sudo initctl list
logd (stop) waiting
rc-default (stop) waiting
rc0 (stop) waiting
…
tty5 (start) running, process 4720
tty6 (start) running, process 4727要获得更详细的信息，可以参考 initctl 的 man page 或本节的例子。使用 initctl help 命令 （help 前没有横杠）可以列出 initctl 的命令列表。此外，也可以用 initctl list –help 来列出 list 命令的帮助信息，当然，将 list 换乘其它的 initctl 命令会得到该命令对应的信息。start, stop 和 status 工具是 initctl 的链接，会直接运行 initctl 的对应命令。

工作（Job）
/etc/event.d 目录下的每个文件都定义了一个工作，其中至少应该包含一个事件和一个命令。当事件被触发的时候，init 执行对应的命令。本节将介绍管理员自定义的工作和 Upstart 包中包含的工作。

下面的管理员自定义的工作使用 exec 关键字执行了一条 shell 命令。实际上，也可以用这个关键字执行一个 shell 脚本或一个二进制可执行文件。

$ cat /etc/event.d/mudat
start on runlevel 2
exec echo “Entering multiuser mode on ” $(date) > /tmp/mudat.out这个文件定义了一个任务：当系统进入到多用户模式（运行级2）的时候执行 echo 命令。这个命令会向 /tmp/mudat.out 文件写出一条包含日期时间消息。shell 会运行 date 命令替换其中的内容。在任务结束后， mudat 任务会停止并进入等待状态。
在下一个的例子中，cat 命令展示了 /tmp/mudat.out 文件的内容和 initctl list 命令关于这个任务的输出（status 工具也可以得到同样的信息）:

$ cat /tmp/mudat.out
Entering multiuser mode on Tue Jul 10 17:34:39 PDT 2007

$ sudo initctl list mudat
mudat (stop) waiting如果 exec 命令行中包含 shell 的特殊字符， init 会运行 /bin/sh（dash 的符号链接）并把命令行交给它来处理。否则，exec 会直接运行命令行。如果要执行多个 shell 命令，可以把他们放到脚本文件中并运行脚本，或是使用 script….end script （下面会介绍）。
Upstart initdaemon 只能监测哪些使用 exec 运行的工作（服务），无法监测使用 script…end script 运行的工作。换句话说，服务应该使用 exec 运行，而任务则可以使用任意的方法。

myjob 示例
用户也可以自己定义一个事件，并让一个工作被这个事件触发。如下的 myjob 工作定义文件定义了一个被 hithere 事件触发的工作：

$ cat /etc/event.d/myjob
start on hithere
script
echo “Hi there, here I am!” > /tmp/myjob.out
date >> /tmp/myjob.out
end scriptmyjob 文件提供了另一种运行命令的方法：在 script 和 end script 关键字之间包含了两行命令。这两个关键字常常导致 init 去运行 /bin/sh。例中的命令将一条消息和日期输出到了 /tmp/myjob.out 文件。现在可以使用 initctl emit 命令触发这个工作。如下，init 展示了 myjobs 在我们的触发下所经历的各个状态：

$ sudo initctl emit hithere
hithere
myjob (start) waiting
myjob (start) starting
myjob (start) pre-start
myjob (start) spawned, process 6064
myjob (start) post-start, (main) process 6064
myjob (start) running, process 6064
myjob (stop) running
myjob (stop) stopping
myjob (stop) killed
myjob (stop) post-stop
myjob (stop) waiting

$ cat /tmp/myjob.out
Hi there, here I am!
Sat Jul 7 20:19:13 PDT 2007

$ sudo initctl list myjob
myjob (stop) waiting在上面的例子里，cat 展示了 myjob 产生的输出，initctl 展示了工作的状态。同样也可以用 initctl start myjob（或直接用 start myjob）来运行它。initctl start 十个非常有用的命令，这样你就可以在没有事件的情况下启动一个工作。比如，你可以用 initctl start mudat 来直接运行前面例子中的 mudat 工作而不会触发 runlevel 2 事件。

指定带参数的事件
telinit 和 shutdown 工具发送带有参数的 runlevel 事件。比如，shutdown 发送 runlevel 0，telinit 2 会发送 runlevel 2 事件。你可以在工作定义中用如下格式匹配这些事件：
start | stop on event [arg]

其中 event 是一个事件，而 arg 是一个可选参数。要在系统进入 runlevel 2 的时候停止一个工作，可以指定 stop on runlevle 2，也可以指定 runlevel [235] 来匹配运行级 2, 3 和 5，或用 runlevel [!2] 来匹配 2 之外的运行级。
尽管 Upstart 会忽略掉多余的事件参数，但工作定义文件中的事件名称里的参数必须在事件中存在。比如，没有参数的 runlevel 可以匹配所有的 runlevel 事件，不论是否有参数，但 runlevel S arg2 将不会匹配任何事件，因为 runlevel 事件只会带有一个参数。

/etc/event.d 中的工作定义文件
随着 Ubuntu 从 SysVinit 向 Upstart 的迁移，更多地工作会在 /etc/event.d 文件中定义。本节介绍一些 Upstart 包放在这个目录中的工作定义文件。

/etc/event.d/rc2 工作定义文件定义了 rc2 任务，这和其他的 rc? 任务没什么区别。rc2 任务在系统进入到多用户模式的时候会被触发（事件名称是 runlevel 2）；当系统进入到其它任意运行级的时候（runlevel [!2]）会结束。脚本的第一个部分调用 runlevel 工具，它会让系统显示自己在运行级2 （当然，实际上已经没有运行级这个玩意儿了）并给两个变量赋值。接下来的工作由 exec 命令完成，它会使用参数 2 运行 /etc/init.d/rc 脚本。这个脚本使用相应的参数调用 /etc/rc?.d 目录中的那些链接。这里 rc2 任务会运行 /etc/rc2.d 下的符号链接对应的 init 脚本。

$ cat /etc/event.d/rc2
# rc2 - runlevel 2 compatibility
#
# This task runs the old sysv-rc runlevel 2 (”multi-user”) scripts. It
# is usually started by the telinit compatibility wrapper.

start on runlevel 2

stop on runlevel [!2]

console output
script
set $(runlevel –set 2 || true)
if [ “$1″ != “unknown” ]; then
PREVLEVEL=$1
RUNLEVEL=$2
export PREVLEVEL RUNLEVEL
fi

exec /etc/init.d/rc 2

end scripttty 服务
如下是一个在 tty1 上启动并监视 getty 进程的服务的工作定义文件：

$ cat /etc/event.d/tty1
# tty1 – getty
#
# This service maintains a getty on tty1 from the point when
# the system is started until it is shut down again.

start on runlevel 2
start on runlevel 3
start on runlevel 4
start on runlevel 5

stop on runlevel 0
stop on runlevel 1
stop on runlevel 6

respawn
exec /sbin/getty 38400 tty1这个服务由 runlevel 2 到 5 （多用户模式）来触发，启动 getty 进程，并在系统关闭、重启或进入单用户模式，即运行级 0，1 和 6 时触发来关闭该服务。respawn关键字告诉 init 在服务终止后重启服务，而 exec 命令是让 getty 进程以 38400 波特率运行在 tty1。如下，initctl 工具显示该服务处于启动状态，进程ID 4747，ps 命令显示该服务的进程：

$ sudo initctl list tty1
tty1 (start) running, process 4747

$ ps -ef | grep 4747
root 4747 1 0 Jul02 tty1 00:00:00 /sbin/getty 38400 tty1rc-default 任务和 inittab
在 SysVinit 中，/etc/inittab 文件通过 initdefault 项告诉 init 在系统启动的时候进入哪个运行级，而 Ubuntu 没有 inittab 文件，缺省的，Upstart init daemon （使用 rc-default 任务）引导系统进入多用户模式（缺省运行级为2）。如果希望系统启动进入其他运行级别，那么就创建一个 inittab 文件。如下会让系统缺省进入单用户模式 （runlevel S）：

$ cat /etc/inittab
:id:S:initdefault:当系统进入到单用户（修复）模式，如果系统的root帐号没有被锁定，init 会在显示 root 提示符之前要求输入 root 密码。否则，它会不要求输入密码而直接显示 root 提示符。

注意：不要将系统设置启动到运行级别 0 或 6，这样系统将永远无法正常启动。要直接进入多用户模式（运行级 2），如果有 inittab 删除这个文件，或者用上述的例子，将里面的 S 替换成 2.

Upstart的未来从 SysVinit 到 Upstart 的迁移涉及到了 Linux 系统的很多部分。要让这个转换尽量平滑并且引入尽量少的问题，Upstart 团队决定通过多个 release 来完成这个迁移。

Ubuntu 从 Feisty 开始使用 Upstart init daemon。在 Feisty 和 Gutsy 2 之间，Ubuntu 将完成 SysVinit 到更加干净、更加灵活的 Upstart 的迁移。随着越来越多的服务被放到 Upstart 的控制之下，/etc/event.d 目录下的内容将会替代 /etc/init.d 和 /etc/rc?.d 目录下的内容。运行级将不再作为 Ubuntu 正式支持的特征，虽然它们可能为了保持与第三方软件的兼容性而继续保留。最终 Upstart 将会替换掉 crond。