Linux启动过程分析
来源:互联网 发布:linux安装ftp服务详细 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 08:26
linux系统启动的过程,现在整理出来(其实并不复杂)。
按下电源按钮的直到欢迎页出来之后,linux总共做的事可以分为五步来完成。
1、 BIOS加电自检:
加电自检,检测硬件设备。然后按照cmos上面的顺序来搜索处在活动状态下的可以引导的设备。可以是光驱、软盘、USB等。
2、 加载主引导加载程序(MBR):
主引导程序是一个512字节的映像。包含一点机器码还有一个小的分区。
主引导程序的任务就是查找并且加载处在硬盘分区上的次引导程序。通过分区表查找活动分区,并将处在活动分区的次引导加载程序读取到内存里面运行。
3、 加载次引导记载程序(GRUB)
次引导加载程序只要就是加载linux内核。
上一阶段结束之后次引导加载程序就会在内存里面跑起来。就会出现GRUB图形界面,让用户选择加载什么样的内核。
4、 linux内核映像:
用户选择要加载的内核之后,次引导加载程序(GRUB)就会根据/boot/grub.conf配置文件中所设置的信息,从/boot/所在的分区上读取Linux内核映像,然后把内核映像加载到内存中并把控制权交给Linux内核。
linux内核获得控制权之后开始干自己的事
1、 检测硬件
2、 解压缩自己并安装必要驱动
3、 初始化与文件系统相关的虚拟设备,LVM或RAID
4、 装载根文件系统,挂在根目录下面
5、 完成之后,linux在进程空间里面加载init程序,下面轮到init干活
5、 init进程
init是所有进程的发起者和控制者,所有的进程都由此衍生。
init进程获得控制权之后,它会执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本,根据里面的代码设置环境变量、网络、启动swap、检查并挂载文件系统、执行其他初始化工作。
至此,linux启动完成。
我们稍微总结一下:
首先是BIOS加电自检,之后加载主引导加载程序、次引导加载程序,最后就是linux内核映像,完了把控制权交给init进程,完成初始化工作。
BIOS -> MBR -> boot loader -> kernel
kernel -> init process
BIOS -> MBR -> boot loader -> kernel -> init process -> login
swap分区是什么?
类似windows系统中的虚拟内存,当物理内存不够用的时候,使用swap中的内存。
Linux 的启动流程
探讨操作系统接管硬件以后发生的事情,也就是操作系统的启动流程。
这个部分比较有意思。因为在BIOS阶段,计算机的行为基本上被写死了,程序员可以做的事情并不多;但是,一旦进入操作系统,程序员几乎可以定制所有方面。所以,这个部分与程序员的关系更密切。
我主要关心的是Linux操作系统,它是目前服务器端的主流操作系统。下面的内容针对的是Debian发行版,因为我对其他发行版不够熟悉。
第一步、加载内核
操作系统接管硬件以后,首先读入 /boot 目录下的内核文件。
以我的电脑为例,/boot 目录下面大概是这样一些文件:
$ ls /boot config-3.2.0-3-amd64 config-3.2.0-4-amd64 grub initrd.img-3.2.0-3-amd64 initrd.img-3.2.0-4-amd64 System.map-3.2.0-3-amd64 System.map-3.2.0-4-amd64 vmlinuz-3.2.0-3-amd64 vmlinuz-3.2.0-4-amd64
第二步、启动初始化进程
内核文件加载以后,就开始运行第一个程序 /sbin/init,它的作用是初始化系统环境。
由于init是第一个运行的程序,它的进程编号(pid)就是1。其他所有进程都从它衍生,都是它的子进程。
第三步、加载开机启动程序
许多程序是开机启动的。它们在Windows叫做"服务"(service),在Linux就叫做"守护进程"(daemon)。所有"守护进程"的启动脚本,都放在 /init.d 目录下面。init进程的主要任务,就是逐一运行这些脚本。
下面是我的电脑的 /etc/init.d 目录,里面有很多程序。
$ ls /etc/init.d acpid alsa-utils anacron apache2 atd avahi-daemon binfmt-support ...
/etc/init.d 这个目录名最后一个字母d,是directory的意思,表示这是一个目录,用来与程序 /etc/init 区分。
第四步、运行级别
有些开机启动程序,并不需要所有场合都启动。比如,把Linux当作桌面环境时,就不需要启动 Apache。系统允许为不同的场合,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默认提供七种运行级别(0-6)。一般来说,0是关机,1是单用户模式(也就是维护模式),6是重启。其他级别每个发行版不太一样,对于Debian来说,2到5都是同样的多用户模式(也就是正常模式)。
打开文件 /etc/inittab,可以看到第一行是这样的:
id:2:initdefault:
这就是说,启动时的默认运行级别为2,用户可以修改这个值。
init进程读取 /etc/inittab 文件,然后按照指定的"运行级别",加载相应的开机启动程序。那么,系统怎么知道每个级别应该加载哪些程序呢?
回答是每个运行级别在 /etc 目录下面都有一个对应的子目录,里面指定了要加载的程序。
/etc/rc0.d /etc/rc1.d /etc/rc2.d /etc/rc3.d /etc/rc4.d /etc/rc5.d /etc/rc6.d
上面目录名中的"rc",表示run command(运行程序),最后的d表示directory(目录)。让我们看看 /etc/rc2.d 目录中到底指定了哪些程序。
$ ls /etc/rc2.d README S01motd S13rpcbind S14nfs-common S16binfmt-support S16rsyslog S16sudo S17apache2 S18acpid ...
可以看到,除了第一个文件README以外,其他文件都是"字母S+两位数字+程序名"的形式。字母S表示Start,也就是启动的意思(启动脚本的运行参数为start),如果这个位置是字母K,就代表Kill(关闭),即如果从其他运行级别切换过来,需要关闭的程序(启动脚本的运行参数为stop)。后面的两位数字表示处理顺序,数字越小越早处理,所以第一个启动的程序是motd,然后是rpcbing、nfs......数字相同时,则按照程序名的字母顺序启动。
所有这件文件都是链接文件,指向目录 /etc/init.d 中对应的启动脚本文件。如果想增加或删除某些开机启动程序,不建议手动修改这些链接文件,而是用一些专门命令进行管理(参考这里和这里)。
第五步、用户登录
开机启动程序加载完毕以后,就要让用户登录了。
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
这三种情况,都有自己的方式对用户进行认证。
(1)命令行登录:init进程调用getty程序(意为get teletype),让用户输入用户名和密码。输入完成后,再调用login程序,核对密码(Debian还会再多运行一个身份核对程序/etc/pam.d/login)。如果密码正确,就从文件 /etc/passwd 读取该用户指定的shell,然后启动这个shell。
(2)ssh登录:这时系统调用sshd程序(Debian还会再运行/etc/pam.d/ssh ),取代getty和login,然后启动shell。
(3)图形界面登录:init进程调用显示管理器,Gnome图形界面对应的显示管理器为gdm(GNOME Display Manager),然后用户输入用户名和密码。如果密码正确,就读取/etc/gdm3/Xsession,启动用户的会话。
第六步、进入 login shell
所谓shell,简单说就是命令行界面,让用户可以直接与操作系统对话。用户登录时打开的shell,就叫做login shell。
Debian默认的shell是Bash,它会读入一系列的配置文件。上一步的三种情况,在这一步的处理,也存在差异。
(1)命令行登录:首先读入 /etc/profile,这是对所有用户都有效的配置;然后依次寻找下面三个文件,这是针对当前用户的配置。
~/.bash_profile ~/.bash_login ~/.profile
需要注意的是,这三个文件只要有一个存在,就不再读入后面的文件了。比如,要是 ~/.bash_profile 存在,就不会再读入后面两个文件了。
(2)ssh登录:与第一种情况完全相同。
(3)图形界面登录:只加载 /etc/prfile 和 ~/.profile。也就是说,~/.bash_profile 不管有没有,都不会运行。
第七步,打开 non-login shell
老实说,上一步完成以后,Linux的启动过程就算结束了,用户已经可以看到命令行提示符或者图形界面了。但是,为了内容的完整,必须再介绍一下这一步。
用户进入操作系统以后,常常会再手动开启一个shell。这个shell就叫做 non-login shell,意思是它不同于登录时出现的那个shell,不读取/etc/profile和.profile等配置文件。
non-login shell的重要性,不仅在于它是用户最常接触的那个shell,还在于它会读入用户自己的bash配置文件 ~/.bashrc。大多数时候,我们对于bash的定制,都是写在这个文件里面的。
你也许会问,要是不进入 non-login shell,岂不是.bashrc就不会运行了,因此bash 也就不能完成定制了?事实上,Debian已经考虑到这个问题了,请打开文件 ~/.profile,可以看到下面的代码:
if [ -n "$BASH_VERSION" ]; then if [ -f "$HOME/.bashrc" ]; then . "$HOME/.bashrc" fi fi
上面代码先判断变量 $BASH_VERSION 是否有值,然后判断主目录下是否存在 .bashrc 文件,如果存在就运行该文件。第三行开头的那个点,是source命令的简写形式,表示运行某个文件,写成"source ~/.bashrc"也是可以的。
因此,只要运行~/.profile文件,~/.bashrc文件就会连带运行。但是上一节的第一种情况提到过,如果存在~/.bash_profile文件,那么有可能不会运行~/.profile文件。解决这个问题很简单,把下面代码写入.bash_profile就行了。
if [ -f ~/.profile ]; then . ~/.profile fi
这样一来,不管是哪种情况,.bashrc都会执行,用户的设置可以放心地都写入这个文件了。
Bash的设置之所以如此繁琐,是由于历史原因造成的。早期的时候,计算机运行速度很慢,载入配置文件需要很长时间,Bash的作者只好把配置文件分成了几个部分,阶段性载入。系统的通用设置放在 /etc/profile,用户个人的、需要被所有子进程继承的设置放在.profile,不需要被继承的设置放在.bashrc。
顺便提一下,除了Linux以外, Mac OS X 使用的shell也是Bash。但是,它只加载.bash_profile,然后在.bash_profile里面调用.bashrc。而且,不管是ssh登录,还是在图形界面里启动shell窗口,都是如此。
原文地址:http://www.admin10000.com/document/5171.html
http://www.admin10000.com/document/2670.html
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