CentOS 7系统详细开机启动流程和关机流程

名称
    bootup - 系统启动流程
描述
    在系统启动过程中要涉及多个不同的组件。按下开机按钮后，首先BIOS/UEFI做最基本的硬件自检与初始化，    然后加载预设/手动选择的磁盘/网络上的引导加载器(例如GRUB2)，引导加载器进一步从磁盘/网络上加载操作系统内核(例如Linux)。    对于Linux来说，内核将会(可选的)解压一个initrd(initial RAM disk)镜像(可以用dracut类的工具生成)，    并执行由"rdinit="内核引导参数指定的init程序(例如systemd)以寻找并挂载根文件系统。    完成根文件系统的挂载之后，内核启动由"init="内核引导参数指定的init程序(例如systemd)以接管系统的控制权。    该init程序将会负责检测所有其他的硬件设备、挂载必要的文件系统、启动所有必要的服务，等等。    关机时，init程序将会停止所有服务、卸载所有文件系统、(可选的)返回initrd环境卸载根文件系统，最后关闭电源。
常规启动流程
    当成功挂载了"root="内核引导参数指定的根文件系统之后，内核将启动由"init="内核引导参数指定的init程序，    从这个时间点开始，即进入了"常规启动流程"：检测硬件设备并加载驱动、挂载必要的文件系统、启动所有必要的服务，等等。    对于systemd系统来说，上述"init程序"就是systemd进程，    而整个"常规启动流程"也以几个特殊的 target 单元(详见 )作为节点，被划分为几个阶段性步骤。    在每个阶段性步骤内部，任务是高度并行的，所以无法准确预测其中的单元的顺序，但是不同阶段之间的先后顺序总是固定的。    当启动系统时，systemd 将会以 default.target 为启动目标，借助单元之间环环相扣的依赖关系，即可完成"常规启动流程"。    通常，default.target 只是一个指向 graphical.target(图形界面) 或 multi-user.target(文本控制台) 的软连接。    为了强制启动流程的规范性以及提高单元的并行性，预先定义了一些具有特定含义的 target 单元。    下面的图表解释了这些具有特定含义的 target 单元之间的依赖关系以及各自在启动流程中的位置。    图中的箭头表示了单元之间的依赖关系与先后顺序，整个图表按照自上而下的时间顺序执行。    local-fs-pre.target             |             v     (各个 mounts 与       (各个 swap       (各个加密块设备      fsck services)        devices)            devices)        (各个底层服务        (各个底层API虚拟             |                  |                  |             services: udevd,     文件系统 mounts:             v                  v                  v             tmpfiles, random     mqueue, configfs,      local-fs.target      swap.target     cryptsetup.target     seed, sysctl ...)      debugfs ...)             |                  |                  |                    |                    |             \__________________|_________________ | ___________________|____________________/                                                  \|/                                                   v                                            sysinit.target                                                   |              ____________________________________/|\________________________________________             /                  |                  |                    |                    \             |                  |                  |                    |                    |             v                  v                  |                    v                    v       (各个 timers)      (各个 paths)             |             (各个 sockets)        rescue.service             |                  |                  |                    |                    |             v                  v                  |                    v                    v       timers.target      paths.target             |             sockets.target        rescue.target             |                  |                  |                    |             v                  \_________________ | ___________________/             .                                    \|/             . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v                                             basic.target                                                   |              ____________________________________/|                                 emergency.service             /                  |                  |                                         |             |                  |                  |                                         v             v                  v                  v                                 emergency.target         display-        (图形界面所必须    (各个系统服务)     manager.service      的各个系统服务)          |             |                  |                  v             |                  |         multi-user.target             |                  |                  |             \_________________ | _________________/                               \|/                                v                       graphical.target    用粗体下划线标识的目标单元经常被用作启动目标。有两种方法可以指定启动目标：    (1)使用 systemd.unit= 内核命令行参数(参见systemd手册)；(2)使用 default.target 软连接。    因为 timers.target 以异步方式包含在 basic.target 中，所以 timer 单元可以依赖于在 basic.target 之后才启动的服务。
initrd 启动流程
    在initrd内部，也可以将 systemd 用作init程序(由"rdinit="内核引导参数指定)，此时 initrd.target 将是默认目标。    initrd内部启动流程的上半部分与前一小节 basic.target 之前的部分完全相同，随后的启动流程将如下图所示。    如果成功的将根文件系统挂载到 /sysroot 目录，那么 sysroot.mount 单元将被激活，然后进一步激活 initrd-root-fs.target 目标。    initrd-parse-etc.service 将会分析 /sysroot/etc/fstab 文件以挂载 /usr (若需要)与带有 x-initrd.mount 标记的挂载点。    这些挂载点都将被挂载到 /sysroot 之下，然后流程到达 initrd-fs.target 目标。    再接下来 initrd-cleanup.service 将会使用        /usr/bin/systemctl --no-block isolate initrd-switch-root.target    命令启动 initrd-switch-root.target 目标。因为 isolate 表示立即停止所有在新的目标单元中不需要的进程，    所以此动作实际上是为接下来切换根目录做预先的准备(也就是清理环境)。    最后，激活 initrd-switch-root.service 服务，将系统的根目录切换至 /sysroot 目录。                                    (之前的流程与上一小节完全相同)                                                   :                                                   v                                             basic.target                                                   |                                 emergency.service                            ______________________/|                                         |                           /                       |                                         v                           |                  sysroot.mount                          emergency.target                           |                       |                           |                       v                           |             initrd-root-fs.target                           |                       |                           |                       v                           v            initrd-parse-etc.service                    (各个自定义的                  |                   initrd services)                v                           |            (sysroot-usr.mount 以及                           |            fstab 中带有 x-initrd.mount                           |               标记的各个挂载点)                           |                       |                           |                       v                           |                initrd-fs.target                           \______________________ |                                                  \|                                                   v                                              initrd.target                                                   |                                                   v                                         initrd-cleanup.service                                (使用 isolates 启动 initrd-switch-root.target)                                                   |                                                   v                            ______________________/|                           /                       v                           |        initrd-udevadm-cleanup-db.service                           v                       |                   (各个自定义的                   |                  initrd services)                 |                           \______________________ |                                                  \|                                                   v                                       initrd-switch-root.target                                                   |                                                   v                                       initrd-switch-root.service                                                   |                                                   v                                         切换到主机上的操作系统
关机流程
    systemd 系统在关机时同样遵循固定的流程，具体如下图所示：                   (与所有系统服务互斥)   (与所有文件系统 mounts, swaps, cryptsetup devices 互斥)                              |                                      |                              v                                      v                       shutdown.target                         umount.target                              |                                      |                              \______________________   _____________/                                                     \ /                                                      v                                             (各个底层 services)                                                      |                                                      v                                                final.target                                                      |                _____________________________________/ \_________________________________               /                         |                        |                      \               |                         |                        |                      |               v                         v                        v                      v    systemd-reboot.service   systemd-poweroff.service   systemd-halt.service   systemd-kexec.service               |                         |                        |                      |               v                         v                        v                      v        reboot.target           poweroff.target          halt.target          kexec.target    用粗体下划线标识的目标单元经常被用作关机目标。