Linux系統開機后的啟動過程分析

本篇內容介紹了“Linux系統開機后的啟動過程分析”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

Linux的啟動其實和windows的啟動過程很類似，不過windows我們是無法看到啟動信息的，而linux啟動時我們會看到許多啟動信息，例如某個服務是否啟動。

Linux系統的啟動過程大體上可分為五部分：內核的引導；運行init；系統初始化；建立終端 ；用戶登錄系統。

A 內核引導

當計算機打開電源后，首先是BIOS開機自檢，按照BIOS中設置的啟動設備（通常是硬盤）來啟動。緊接著由啟動設備上的grub程序開始引導linux，當引導程序成功完成引導任務后，Linux從它們手中接管了CPU的控制權，然后CPU就開始執行Linux的核心映象代碼，開始了Linux啟動過程。也就是所謂的內核引導開始了，在內核引導過程中其實是很復雜的，我們就當它是一個黑匣子，反正是linux內核做了一些列工作，最后內核調用加載了init程序，至此內核引導的工作就完成了。交給了下一個主角init。

B 運行init

init 進程是系統所有進程的起點，你可以把它比擬成系統所有進程的老祖宗，沒有這個進程，系統中任何進程都不會啟動。init 程序首先是需要讀取配置文件 /etc/inittab。inittab是一個不可執行的文本文件，它有若干行指令所組成。具體內容如下：（你可以在你的linux上執行命令 cat /etc/inittab 這樣獲得）

代碼如下:

# inittab       This file describes how the INIT process should set up
　　#               the system in a certain run-level.
　　#
　　# Author:       Miquel van Smoorenburg,
　　#               Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes
　　#
　　# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
　　#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
　　#   1 - Single user mode
　　#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not havenetworking)
　　#   3 - Full multiuser mode
　　#   4 - unused
　　#   5 - X11
　　#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
　　#
　　###表示當前缺省運行級別為5(initdefault)；
　　id:5:initdefault:
　　###啟動時自動執行/etc/rc.d/rc.sysinit腳本(sysinit)
　　# System initialization.
　　si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
　　l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
　　l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
　　l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
　　l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
　　l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
　　###當運行級別為5時，以5為參數運行/etc/rc.d/rc腳本，init將等待其返回(wait)
　　l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
　　l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
　　###在啟動過程中允許按CTRL-ALT-DELETE重啟系統
　　# Trap CTRL-ALT-DELETE
　　ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
　　# When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
　　# of power left.  Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
　　# This does, of course, assume you have powerd installed and your
　　# UPS connected and working correctly.
　　pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"
　　# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
　　pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"
　　###在2、3、4、5級別上以ttyX為參數執行/sbin/mingetty程序，打開ttyX終端用于用戶登錄，
　　###如果進程退出則再次運行mingetty程序(respawn)
　　# Run gettys in standard runlevels
　　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
　　###在5級別上運行xdm程序，提供xdm圖形方式登錄界面，并在退出時重新執行(respawn)
　　# Run xdm in runlevel 5
　　x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon

以上面的inittab文件為例，來說明一下inittab的格式。其中以#開始的行是注釋行，除了注釋行之外，每一行都有以下格式：
　　

代碼如下:

id:runlevel:action:process

　　對上面各項的詳細解釋如下：

1. id

　　id是指入口標識符，它是一個字符串，對于getty或mingetty等其他login程序項，要求id與tty的編號相同，否則getty程序將不能正常工作。
2. Runlevel

runlevel是init所處于的運行級別的標識，一般使用0－6以及S或s。0、1、6運行級別被系統保留：其中0作為shutdown動作，1作為重啟至單用戶模式，6為重啟；S和s意義相同，表示單用戶模式，且無需inittab文件，因此也不在inittab中出現，實際上，進入單用戶模式時，init直接在控制臺（/dev/console）上運行/sbin/sulogin。在一般的系統實現中，都使用了2、3、4、5幾個級別，在CentOS系統中，2表示無NFS支持的多用戶模式，3表示完全多用戶模式（也是最常用的級別），4保留給用戶自定義，5表示XDM圖形登錄方式。7－9級別也是可以使用的，傳統的Unix系統沒有定義這幾個級別。runlevel可以是并列的多個值，以匹配多個運行級別，對大多數action來說，僅當runlevel與當前運行級別匹配成功才會執行。
3. action
　　action是描述其后的process的運行方式的。action可取的值包括：initdefault、sysinit、boot、bootwait等：　initdefault是一個特殊的action值，用于標識缺省的啟動級別；當init由核心激活以后，它將讀取inittab中的initdefault項，取得其中的runlevel，并作為當前的運行級別。如果沒有inittab文件，或者其中沒有initdefault項，init將在控制臺上請求輸入runlevel。　　sysinit、boot、bootwait等action將在系統啟動時無條件運行，而忽略其中的runlevel。其余的action（不含initdefault）都與某個runlevel相關。各個action的定義在inittab的man手冊中有詳細的描述。
4. process
　　process為具體的執行程序。程序后面可以帶參數。

Tips: 如果你看不懂這個文件，沒有關系，隨著你對linux的深入了解，你再回過頭看這個文件你就會豁然開朗的。但是你現在必須要明白runlevel的各個級別的含義。

C 系統初始化

在init的配置文件中有這么一行： si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit　它調用執行了/etc/rc.d/rc.sysinit，而rc.sysinit是一個bash shell的腳本，它主要是完成一些系統初始化的工作，rc.sysinit是每一個運行級別都要首先運行的重要腳本。它主要完成的工作有：激活交換分區，檢查磁盤，加載硬件模塊以及其它一些需要優先執行任務。

rc.sysinit約有850多行，但是每個單一的功能還是比較簡單，而且帶有注釋，建議有興趣的用戶可以自行閱讀自己機器上的該文件，以了解系統初始化所詳細情況。由于此文件較長，所以不在本文中列出來，也不做具體的介紹。當rc.sysinit程序執行完畢后，將返回init繼續下一步。通常接下來會執行到/etc/rc.d/rc程序。以運行級別3為例，init將執行配置文件inittab中的以下這行：
　　l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
　這一行表示以5為參數運行/etc/rc.d/rc，/etc/rc.d/rc是一個Shell腳本，它接受5作為參數，去執行/etc/rc.d/rc5.d/目錄下的所有的rc啟動腳本，/etc/rc.d/rc5.d/目錄中的這些啟動腳本實際上都是一些連接文件，而不是真正的rc啟動腳本，真正的rc啟動腳本實際上都是放在/etc/rc.d/init.d/目錄下。而這些rc啟動腳本有著類似的用法，它們一般能接受start、stop、restart、status等參數。

/etc/rc.d/rc5.d/中的rc啟動腳本通常是K或S開頭的連接文件，對于以以S開頭的啟動腳本，將以start參數來運行。而如果發現存在相應的腳本也存在K打頭的連接，而且已經處于運行態了(以/var/lock/subsys/下的文件作為標志)，則將首先以stop為參數停止這些已經啟動了的守護進程，然后再重新運行。這樣做是為了保證是當init改變運行級別時，所有相關的守護進程都將重啟。

至于在每個運行級中將運行哪些守護進程，用戶可以通過chkconfig或setup中的"System Services"來自行設定。

D 建立終端

rc執行完畢后，返回init。這時基本系統環境已經設置好了，各種守護進程也已經啟動了。init接下來會打開6個終端，以便用戶登錄系統。在inittab中的以下6行就是定義了6個終端：
　　

代碼如下:

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

　
　從上面可以看出在2、3、4、5的運行級別中都將以respawn方式運行mingetty程序，mingetty程序能打開終端、設置模式。同時它會顯示一個文本登錄界面，這個界面就是我們經常看到的登錄界面，在這個登錄界面中會提示用戶輸入用戶名，而用戶輸入的用戶將作為參數傳給login程序來驗
證用戶的身份。

E 用戶登錄系統

對于運行級別為5的圖形方式用戶來說，他們的登錄是通過一個圖形化的登錄界面。登錄成功后可以直接進入KDE、Gnome等窗口管理器。而本文主要講的還是文本方式登錄的情況：當我們看到mingetty的登錄界面時，我們就可以輸入用戶名和密碼來登錄系統了。

Linux的賬號驗證程序是login，login會接收mingetty傳來的用戶名作為用戶名參數。然后login會對用戶名進行分析：如果用戶名不是root，且存在/etc/nologin文件，login將輸出nologin文件的內容，然后退出。這通常用來系統維護時防止非root用戶登錄。只有/etc/securetty中登記了的終端才允許root用戶登錄，如果不存在這個文件，則root可以在任何終端上登錄。/etc/usertty文件用于對用戶作出附加訪問限制，如果不存在這個文件，則沒有其他限制。

在分析完用戶名后，login將搜索/etc/passwd以及/etc/shadow來驗證密碼以及設置賬戶的其它信息，比如：主目錄是什么、使用何種shell。如果沒有指定主目錄，將默認為根目錄；如果沒有指定shell，將默認為/bin/bash。

login程序成功后，會向對應的終端在輸出最近一次登錄的信息(在/var/log/lastlog中有記錄)，并檢查用戶是否有新郵件(在/usr/spool/mail/的對應用戶名目錄下)。然后開始設置各種環境變量：對于bash來說，系統首先尋找/etc/profile腳本文件，并執行它；然后如果用戶的主目錄中存在.bash_profile文件，就執行它，在這些文件中又可能調用了其它配置文件，所有的配置文件執行后后，各種環境變量也設好了，這時會出現大家熟悉的命令行提示符，到此整個啟動過程就結束了。

“Linux系統開機后的啟動過程分析”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！