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centos7系统启动流程

发布时间:2020-03-03 来源:未知 点击:

前提:pc主机,MBR架构

  • 第一步:post(power on system test)加电自检。

    pc机的主板上有个rom芯片(CMOS),加电后,cpu去找这个raw,然后读取里面的指令,检测机器上是否有:内存,硬盘,显示设备等。

    CMOS里有个bios(basic input output system)程序

  • 第二步:boot sequence(bios里设置是用光盘启动,还是硬盘启动等)

    按次序查找引导设备,第一个有引导程序(bootloader)的设备即为本次启动要用到的设备。

    bootloader:

    • 功能:

      • 找到磁盘上的grub程序,并加载运行之。
      • grub提供一个可以让用户选择的菜单,上面写着,可以选择运行的内核列表
      • 把用户选定的内核程序从磁盘加载到内存的特定空间中,然后解压,展开,此后,内核就开始真正运行起来了,然后bootloader退出,由内核接管一切。

      注意:由于bootloader仅有446字节,它无法读取LVM,软RAID的逻辑分区,只能读取物理分区,所以内核程序只能存放在物理分区上。

    • 种类:

      • LILO:linux loader。它有个致命弱点,如果内核在磁盘的1024以后的柱面上存储着的话,它无法加载内核。安卓手机用的是LILO。

      • GRUB:Grand Uniform Bootloader

        centos5,6用的版本是:grub 0.x(别名:grub legacy)

        cengtos7用的版本是:grub 1.x(别名:grub2)

    bootloader程序放在哪里了?

    如果是MBR架构,则放在了在0号track(磁道),0号sector(扇区)里 的前446bytes 。

    由于只有446字节,空间太小了,能写的程序实在有限,所以linux使用GRUB机制。

    GRUB机制:不让bootloader直接加载内核,而是让bootloader加载磁盘上的另外一个程序/boot/grub。由于/boot/grub是放在磁盘上的,所以突破了446字节的约束。

    • 第一阶段:bootloader加载/boot/grub程序

    • 第1.5阶段:filesystem driver?

    • 第二阶段:

      • centos5,6:加载/boot/grub下的配置文件

      • centos7:加载/etc/grub.d/, /etc/default/grub, /boot/grub2/grub.cfg

        # ll /etc/grub.d/
        -rwxr-xr-x. 1 root root  8702 Nov  9  2018 00_header
        -rwxr-xr-x. 1 root root  1043 Jul  5  2018 00_tuned
        -rwxr-xr-x. 1 root root   232 Nov  9  2018 01_users
        -rwxr-xr-x. 1 root root 10781 Nov  9  2018 10_linux
        -rwxr-xr-x. 1 root root 10275 Nov  9  2018 20_linux_xen
        -rwxr-xr-x. 1 root root  2559 Nov  9  2018 20_ppc_terminfo
        -rwxr-xr-x. 1 root root 11169 Nov  9  2018 30_os-prober
        -rwxr-xr-x. 1 root root   214 Nov  9  2018 40_custom
        -rwxr-xr-x. 1 root root   216 Nov  9  2018 41_custom
        -rw-r--r--. 1 root root   483 Nov  9  2018 README
        # ll /etc/default/grub
        -rw-r--r--. 1 root root 279 Nov 29 16:53 /etc/default/grub
        # ll /boot/grub2/grub.cfg
        -rw-r--r--. 1 root root 4287 Nov 29 16:53 /boot/grub2/grub.cfg
  • 第三步:kernel自身初始化

    • 探测所以硬件设备

    • 为了加载磁盘上的根文件系统,所以先加载ramdisk上的文件系统,找到里面的磁盘驱动程序。

      注意:也有可能不使用ramdisk。当自己在自己的机器上编译内核时,编译程序就探测到了本地磁盘类型,所以在编译的时候,就可以把磁盘的驱动,编译到内核里,所以内核就不需要再去找ramdisk了。

    • 使用磁盘驱动,以只读方式,加载根文件系统。只读的目的:防止内核有bug,把根文件系统里面的东西删除了。没问题后,再改为读写方式。

    • 运行用户空间的第一个应用程序:/sbin/init

      centos5之前的init程序:SysV init

      ​ 使用的配置文件:/etc/inittab

      centos6的init程序:Upstart(ubuntu贡献的,redhat参考ubuntu又修改了一下)

      ​ 使用的配置文件:/etc/init/*.conf

      centos7的init程序:Systemd(redhat参考macOS做的)

      ​ 使用的配置文件: /usr/lib/systemd/system目录下的文件,和/etc/systemd/system目录下的文件

      • 执行/usr/lib/systemd/system/initrd.target所有单元,挂载/etc/fstab里的分区
      • 从ramdisk根文件系统切换到磁盘根目录
      • 执行/etc/systemd/system/default.target
      • 执行/usr/lib/systemd/system/sysinit.target,及/usr/lib/systemd/system/basic.target
      • systemd启动/usr/lib/systemd/system/multi-user.target里的本机的服务和服务器的服务
      • systemd执行/usr/lib/systemd/system/multi-user.target里的/etc/rc.d/rc.local
      • systemd执行/usr/lib/systemd/system/multi-user.target里的getty.target及登录服务
      • 如果命令systemctl get-default的执行结果是graphical,则执行/usr/lib/systemd/system/graphical.target
  • 第四步:/sbin/init会启动/sbin/mingetty程序,显示可以登录的文本界面。

Systemd的新特性:

  • 并行启动无依赖关系的服务
  • 按需激活服务,不是全启动起来,放在那里浪费资源,用户真正用的时候才启动
  • 可以提供用户空间进程的快照
  • 可以基于依赖关系定义服务控制逻辑

Systemd的核心概念:unit

unit是一个抽象的东西,它由其相关的配置文件进行标识,识别和配置。

配置文件中,主要包含了系统服务,监听的socket,保存的快照,以及其他与init相关的信息。

查看有哪些unit file:

# systemctl list-unit-files -a
UNIT FILE                                     STATE
proc-sys-fs-binfmt_misc.automount             static
dev-hugepages.mount                           static
brandbot.path                                 disabled
cups.path                                     enabled
...

unit配置文件的放置目录:

  • /usr/lib/systemd/system

    每个服务最主要的启动脚本设置,类似于centos5,6里的/ect/init.d/*.conf

  • /run/systemd/system/

    系统执行过程中所产生的服务脚本,比上面目录优先运行

  • /etc/systemd/system

    管理员建立的执行脚本,类似于centos5,6里的/etc/rc.d/rc#.d/S##脚本的功能,比上面目录优先运行。

unit的常见类型:

  • service:文件扩展名为service,用于定义系统服务的

    兼容cenos5,6的命令:service NAME start|stop|status|restart

  • target:文件扩展名为target,模拟centos5,6里运行级别(rc0.d,rc1.d,rc2.d,rc3.d,rc4.d,rc5.d,rc6.d目录 里的K*和S*的所有脚本 ).

    centos7里没有运行级别的概念,centos5,6是靠运行级别控制的。

  • device:文件扩展名为device,用于定义内核识别的设备

    centos5,6的设备文件是由udev识别的,centos7的设备文件是由udev和systemd识别的。

  • mount:文件扩展名为mount,用于定义文件系统的挂载点

    在centos7直接输入mount命令,会发现很多cgroup的挂载点。cgroup是控制资源分配的,docker就是利用cgroup分配资源,用namespace隔离网络等空间。

  • socket:文件扩展名为socket,用于标识进程间通信所使用的socket文件。

  • snapshot:文件扩展名为snapshot,用于管理系统快照的

  • swap:文件扩展名为swap,用于管理swap设备

  • automount:文件扩展名为automount,文件系统自动挂载点设置。比如插入U盘,自动识别

  • path:文件扩展名为path,用于定义文件系统中的文件或目录。

关键特性:

  • 基于socket的激活机制:socket与程序分离。

    只是启动socket,来监听端口,但程序并不启动,当监听到请求过来 了,则激活程序。

  • 基于bus(总线)的激活机制,如果总线上存在对某个服务的访问,则激活之

  • 基于device(设别)的激活机制,当设备接入后,会自动激活mount,device,automount的unit,这些unit发现设备来了,则创建设备文件,并挂载,如果挂载点不存在,则自动创建挂载点。

  • 基于path的激活机制。用例:当某个服务意外终止后,假如它会创建个文件或目。此path机制就是监视系统里是否生成了这个文件或目录,如果有,则激活某个服务(告诉公司的人,你的服务挂了等)。

  • 系统快照:保存各unit的当前状态于持久设备设备存储中。用于恢复unit到指定时间点。让unit在过去和未来间游走。

  • 向后兼容sysv init脚本:放在/etc/init.d/下的脚本,也可以通过systemd激活。

不兼容的:

  • systemctl命令是固定不变的,不能像service那样,随意定义命令。
  • 非由systemld启动的服务,systemctl命令则无法与之通信,所以就无法管理之。

管理系统服务:service类型的unit负责管理服务的

systemctl - Control the systemd system and service manager

systemctl [OPTIONS...] COMMAND [NAME...]

COMMANDS
   Unit Commands
       list-units [PATTERN...]
       list-sockets [PATTERN...]
       list-timers [PATTERN...]
       start PATTERN...
       stop PATTERN...
       restart PATTERN...
       try-restart PATTERN...
       reload-or-restart PATTERN...
       reload-or-try-restart PATTERN...
       kill PATTERN...
       is-active PATTERN...
       is-failed PATTERN...
       status [PATTERN...|PID...]]
       show [PATTERN...|JOB...]
       cat PATTERN...
       reset-failed [PATTERN...]
       list-dependencies [NAME]

对服务的各种操作:service units

  • 启动,停止,重启,查看状态:start|stop|restart|status

    centos5,6:service NAME start|stop|restart|status

    centos7:systemctl start|stop|restart|status NAME[.service]后面的.service可以省略

    # systemctl status crond
    ● crond.service - Command Scheduler
       Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/crond.service; enabled; vendor preset: enabled)
       Active: active (running) since Wed 2020-02-26 09:28:20 CST; 5h 49min ago

    Loaded:已经装载了。centos5,6则是用chkconfig 命令装载。

    enabled:开机自动启动

    disabled:开机不会自动启动

    InActive/Active:没有启动或启动了。

    active(running):一次或多次持续处理的运行

    active(exited):成功完成了一次性的配置

    active(waiting):运行中,在等待一个事件

    static:开机不启动,但可被另一个启动的服务激活。

    例子:telnet-server。

    安装它后,发现它有2个unit file。其中的[email protected]就是static的,

    尝试启动[email protected],发现不能启动,就说明了static的不能直接启动。

    那它怎么启动呢,启动telnet.socket就行,telnet.socket启动后,就变成active (listening)状态了。

    使用lsof -i :端口号,可以看到telnet服务是被systemd管理(监管了)。

    lsof:list open files

    # rpm -ql telnet-server
    /usr/lib/systemd/system/telnet.socket
    /usr/lib/systemd/system/[email protected]
    # systemctl list-unit-files -a | grep telnet
    [email protected]                               static
    telnet.socket                                 disabled
    # systemctl start [email protected]
    Failed to start [email protected]: Unit name [email protected] is missing the instance name.
    See system logs and 'systemctl status [email protected]' for details
    # systemctl is-active telnet.socket
    unknown
    # systemctl start telnet.socket
    # systemctl status telnet.socket
    ● telnet.socket - Telnet Server Activation Socket
       Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/telnet.socket; disabled; vendor preset: disabled)
       Active: active (listening) since Fri 2020-02-28 10:21:26 CST; 8min ago
         Docs: man:telnetd(8)
       Listen: [::]:23 (Stream)
     Accepted: 0; Connected: 0
    # lsof -i :23
    COMMAND PID USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
    systemd   1 root   24u  IPv6  64689      0t0  TCP *:telnet (LISTEN)
    
  • 尝试重启:try-restart PATTERN...:如果服务不是运行状态,则说明也不做。

    centos7:

    # systemctl try-restart httpd

    centos5,6:一般的服务脚本里都不支持,此功能,但也有支持的

    # service NAME condrestart
  • 重载配置文件或尝试重启:reload-or-try-restart PATTERN...

    # systemctl reload-or-try-restart httpd
  • 重载配置文件或重启:reload-or-restart PATTERN...

    # systemctl reload-or-restart httpd
  • 查看服务是否是激活:

    # systemctl is-active httpd
    active
    # systemctl stop httpd
    # systemctl is-active httpd
    unknown
  • 列出所有active的service:

    # systemctl list-units -t service
    UNIT                               LOAD   ACTIVE SUB     DESCRIPTION
    abrt-ccpp.service                  loaded active exited  Install ABRT coredump hook
    abrt-oops.service                  loaded active running ABRT kernel log watcher
  • 列出所有识别的service:

    centos5,6:chkconfig --list

    # systemctl list-units -t service -a
  • 常用的选项:-t和-a

    -t:指定unit file的类型

    -a:查看全部

  • 禁止手动启动和开机自动启动某service:

    centos5,6:chkconfig mySer.sh on

  • 取消禁止手动启动和开机自动启动某service

    目的是防止误操作,启动了不应该启动的service

    原理就是创建一个符号链接,所以也可以手动创建符号链接实现相同的功能。

    # systemctl mask httpd.service
    Created symlink from /etc/systemd/system/httpd.service to /dev/null.
    # ll /etc/systemd/system/httpd.service
    lrwxrwxrwx. 1 root root 9 Feb 27 11:40 /etc/systemd/system/httpd.service -> /dev/null
    # systemctl start httpd.service
    Failed to start httpd.service: Unit is masked.
    # systemctl status httpd.service
    ● httpd.service
       Loaded: masked (/dev/null; bad)
       Active: inactive (dead)
    # systemctl unmask httpd.service
    Removed symlink /etc/systemd/system/httpd.service.
    # ll /etc/systemd/system/httpd.service
    ls: cannot access /etc/systemd/system/httpd.service: No such file or directory
  • 设置开机自动启动:

  • 查看某个服务是否是开机自动启动:systemctl is-enabled httpd.service

    centos5,6:chkconfig --list NAME

    原理就是创建一个符号链接,所以也可以手动创建符号链接实现相同的功能。

    # ll /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ | grep httpd
    # systemctl is-enabled httpd.service
    disabled
    # systemctl enable httpd.service
    Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service to /usr/lib/systemd/system/httpd.service.
    # ll /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ | grep httpd
    lrwxrwxrwx. 1 root root 37 Feb 27 11:54 httpd.service -> /usr/lib/systemd/system/httpd.service
    # systemctl is-enabled httpd.service
    enabled

    目录/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/下的服务就是开机自动启动的。

  • 查看某个服务依赖了哪些服务:

    # systemctl list-dependencies httpd
    httpd.service
    ● ├─-.mount
    ● ├─system.slice
    ● └─basic.target
    ●   ├─microcode.service
    ●   ├─rhel-dmesg.service
  • 杀死服务,后面是进程的名字,而不是pid,类似,killall命令。

    # systemctl kill httpd

对运行级别的各种操作:target units

unit配置文件:

# ls /usr/lib/systemd/system/*.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  15 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel0.target -> poweroff.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  13 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel1.target -> rescue.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel2.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel3.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel4.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  16 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel5.target -> graphical.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  13 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel6.target -> reboot.target
# systemctl list-unit-files -t target -a
UNIT FILE                  STATE
anaconda.target            static
basic.target               static
bluetooth.target           static
cryptsetup-pre.target      static
cryptsetup.target          static
ctrl-alt-del.target        disabled
default.target             enabled
...

centos5,6里的运行级别是符号链接,指向了别的unit

centos5,6里的运行级别 centos7里的unit file
0 runlevel0.target ->poweroff.target
1 runlevel1.target ->rescue.target
2 runlevel2.target ->multi-user.target
3 runlevel3.target ->multi-user.target
4 runlevel4.target ->multi-user.target
5 runlevel5.target ->graphical.target
6 runlevel6.target ->reboot.target

centos5,6里的运行级别是各管各的,centos7里的target可以使用别的target

# systemctl list-dependencies graphical.target
graphical.target
● ├─accounts-daemon.service
● ├─gdm.service
● ├─initial-setup-reconfiguration.service
● ├─network.service
● ├─rtkit-daemon.service
● ├─systemd-readahead-collect.service
● ├─systemd-readahead-replay.service
● ├─systemd-update-utmp-runlevel.service
● ├─udisks2.service
● └─multi-user.target

发现graphical.target是依赖multi-user.target的,也就是graphical.target复用了multi-user.target。

centos5,6要想复用就很麻烦,要手动把脚本拷贝到别的运行级别的目录里。

  • 切换运行级别:

    centos5,6:init N

    centos7:systemctl isolate NAME.target

    who -rrunlevelinit N命令依然在centos7里可以使用。

    # who -r
             run-level 5  2020-02-28 09:07
    # runlevel
    N 5
    # systemctl isolate multi-user.target
    # who -r
             run-level 3  2020-02-28 11:18                   last=5
    # runlevel
    5 3
    # systemctl isolate graphical.target
    # runlevel
    3 5
    # who -r
             run-level 5  2020-02-28 11:18                   last=3

    可以切换的前提条件:NAME.target文件里的AllowIsolate的值必须是yes才可以。

    [Unit]
    Description=Multi-User System
    Documentation=man:systemd.special(7)
    Requires=basic.target
    Conflicts=rescue.service rescue.target
    After=basic.target rescue.service rescue.target
    AllowIsolate=yes

    修改unit file后,必须使用systemctl daemon-reload命令后,才能生效。

    修改成AllowIsolate=no
    # emacs /usr/lib/systemd/system/multi-user.target
    # tail -1 /usr/lib/systemd/system/multi-user.target
    AllowIsolate=no
    由于没有运行systemctl daemon-reload命令,所以运行systemctl isolate multi-user.target没有效果,但是会提示你要运行systemctl daemon-reload命令
    # systemctl isolate multi-user.target
    Warning: multi-user.target changed on disk. Run 'systemctl daemon-reload' to reload units.
    让修改生效
    # systemctl daemon-reload
    修改已经生效了,所以切换就不成功了。原因是AllowIsolate=no
    # systemctl isolate multi-user.target
    Failed to start multi-user.target: Operation refused, unit may not be isolated.
    See system logs and 'systemctl status multi-user.target' for details.
  • 查看开机时使用的什么target

    # systemctl get-default
    graphical.target

    centos5,6是查看/etc/inittab,centos5里有很多行,centos6只有一行id:3:initdefault:

  • 设置开机时使用什么target

    原理:创建符号链接指向要使用的target

    /etc/systemd/system/default.target符号链接,指向的是哪个,就使用哪个。所以每次都是先删除它,再建立一个新的。

    # systemctl set-default multi-user.target
    Removed symlink /etc/systemd/system/default.target.
    Created symlink from /etc/systemd/system/default.target to /usr/lib/systemd/system/multi-user.target.
    # systemctl set-default graphical.target
    Removed symlink /etc/systemd/system/default.target.
    Created symlink from /etc/systemd/system/default.target to /usr/lib/systemd/system/graphical.target.
  • 切换到救援模式:systemctl rescue

    centos7在启动时,就可以进入救援模式。加载设备驱动。

    centos5,6必须借助光盘才能进入救援模式。

  • 切换到更底层的救援模式:systemctl emergency

    设备驱动都不加载 。如果因为设备驱动坏了导致不能开机,则不许使用此模式修复。

  • 其他常用命令:

    原理centos6里的init,poweroff,halt,reboot都成为了systemctl的符号链接

    # ll /usr/sbin/reboot
    lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Nov 29 16:46 /usr/sbin/reboot -> ../bin/systemctl
    # ll /usr/sbin/poweroff
    lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Nov 29 16:46 /usr/sbin/poweroff -> ../bin/systemctl
    • 关机:systemctl haltsystemctl poweroff
    • 重启:systemctl reboot
    • 挂起:systemctl suspend
    • 快照:systemctl hibernate
    • 快照并挂起:systemctl hybrid-sleep

通过内核参数,临时修改内核启动选项

开机时,在选择的内核上按e键,进入grub2的配置,然后在linux16行的最后,添加内核启动选择:

  • systemd.unit=rescue.target(直接进入救援模式)
  • systemd.unit=emergency.target(直接进入救援模式)
  • systemd.unit=multi-user.target(直接进入多用户的文本模式)

编写unit file

/usr/lib/systemd/system/httpd.service内容如下:

# cat /usr/lib/systemd/system/httpd.service
[Unit]
Description=The Apache HTTP Server
After=network.target remote-fs.target nss-lookup.target
Documentation=man:httpd(8)
Documentation=man:apachectl(8)

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/etc/sysconfig/httpd
ExecStart=/usr/sbin/httpd $OPTIONS -DFOREGROUND
ExecReload=/usr/sbin/httpd $OPTIONS -k graceful
ExecStop=/bin/kill -WINCH ${MAINPID}
# We want systemd to give httpd some time to finish gracefully, but still want
# it to kill httpd after TimeoutStopSec if something went wrong during the
# graceful stop. Normally, Systemd sends SIGTERM signal right after the
# ExecStop, which would kill httpd. We are sending useless SIGCONT here to give
# httpd time to finish.
KillSignal=SIGCONT
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target
  • unit file 通常由3部分组成

    • [Unit]:通用选项。
      • Description:提供描述信息(在systemctl status里显示的信息)
      • After:在此服务启动后,本服务启动
    • [Name]:与特定类型相关的专用选项,如果是.service则此处是Service
    • [Install]:定义由systemctl enablesystemctl disable命令,在服务启用或禁用时用到的一些选项。
  • 以#开头的行是注释

  • 相关布尔值

    1,yes,on,true都是开启

    2,0,off,no,false都是关闭

  • 时间默认单位是秒,毫秒:ms,分钟:m等必须显示加上单位

 

 

 


这就是微学网-程序员之家为你提供的"centos7系统启动流程"希望对你有所帮助.

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