1. Linux启动流程

POST --> Boot Sequence --> bootloader(MBR) --> Kernel --> 加载rootfs --> switchroot --> /sbin/init --> (配置文件：/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 根据init配置文件设置默认运行级别 --> 运行系统初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit，完成系统初始化 --> 开启或关闭用户选定的对应运行级别下所对应的服务 --> 启动终端，打印登录提示符

    1. POST：检测各个硬件设备是否存在而且能够正常运行起来，实现这一自检功能的是主板上 CMOS芯片上的BIOS，主要机器一通电，CPU就会自动加载该系统，从而实现硬件的初始化.
    1. Boot Sequence：选择要启动的硬件设备以加载MBR，然后读取该设备MBR里的bootloader，该顺序可以在BIOS中的boot选项卡中设置.

    1. bootloader(MBR)：提供一个可视化菜单给用户，让用户去选择要启动的系统或不同的系统内核版本，然后把用户选择的内核版本加载至RAM中的特定空间，接着在RAM中解压、展开，而后把系统控制权移交给内核.

    2. grub是bootloader中的一种，此外还有LILO，此处将对grub进行说明

      • grub 0.x又称为grub legacy，而grub 1.x被称为grub2.

      • 为了打破MBR中只有446Bytes用于存放bootloader这一限制，grub是通过三个阶段来实现加载内核的.

        stage1：存放于MBR的前446Bytes，用于加载stage1.5阶段，目的是为了识别并驱动stage2(或者/boot)所在分区的文件系统；

        stage1.5：存放于MBR之后的扇区，加载stage2所在分区的文件系统驱动，让stage1中的bootloader能识别stage2所在分区的文件系统；

        stage2：存放于磁盘分区之上，具体存放于/boot/grub目录之下，主要用于加载内核文件(vmlinuz-VERSION-RELEASE)以及ramdisk这个临时根文件系统(centos5,6中的initrd-VERSION-RELEASE.img或centos7中的initramfs-VERSION-RELEASE.img).

      • grub功能及用途

        （1）提供菜单并提供交互式接口

        ​ e：编辑模式 c：命令行模式（cli）

        （2）加载用户选择的操作系统或者内核，允许传递参数给内核，允许隐藏菜单

        （3）为菜单提供保护机制，为编辑菜单提供保护机制，为启用内核或者操作系统提供认证

      • grub的配置文件目录/boot/grub/grub.conf链接文件/etc/grub.conf -> ../boot/grub/grub.conf

        配置项参数：

        ​ default=[index]：设定默认启动的菜单项，菜单项从0开始编号

        ​ timeout=[num]：设定菜单项等待选择的时间，单位为秒

        ​ splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz：设定菜单的背景图片，格式较为特殊

        ​ hiddenmenu：隐藏菜单

        ​ password [--md5] STRING：菜单编辑认证

        ​ 该md5值可以使用grub-md5-crypt命令生成

        ​ title TITLE：自定义菜单项的标题

        ​ root (hd#,#)：grub查找stage2以及Kernel文件所在的设备分区

        ​ kernel /PATH/TO/VMLINUXZ [parameters]：所要启动的内核

        ​ 常用参数：ro（只读方式），root=UUID=xxx（指明/sbin/init所在分区信息），quite

        ​ initrd /PATH/TO/INITRAMFS：内核所匹配的ramfs文件

        ​ password [--md5] STRIN：为所要启动的系统或者内核提供认证

        手动在grub命令行接口启动服务：

        ​ grub > root (hd#,#)

        ​ grub > kernel /vmlinuz-VERSION-release ro root=/dev/DEVICE

        ​ grub > initrf /initramfs-VERSION-relaese.img

        ​ grub > boot

      • grub其他

        进入单用户模式：

        （1）编辑grub菜单（选定要编辑的菜单，然后使用e命令）

        （2）选定Kernel后附加 1，s，S或者single都可以

        （3）最后在Kernel所在行，使用b命令

        * grub的安装/修复：

        （1）grub-install，grub-install --root-directory=ROOT /dev/DISK

        （2）grub命令行(按下ESC键进入)：

        ​ grub > root (hd#,#)

        ​ grub > setup (hd#)

        （3）载入安装光盘，进入救援模式（boot: linux rescue）或者直接选定，类似于winpe

        # 切换根
chroot /mnt/sysimage
# 执行grub-install命令
grub-install --root-directory=/ /dev/sda
# 退出重启即可
        • 练习时破坏bootloader分区使用的命令：dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=200 count=1,sync

      • ramdisk：ramdisk是用于实现系统初始化的、基于内存的磁盘设备，即加载至内存的某一段空间后把内存当磁盘使用，并在内存中作为临时根文件系统提供给内核使用，帮助内核挂载真正的根文件系统。而之所以能够帮助内核挂载根文件系统是因为在ramdisk这个临时文件系统的/lib/modules目录下有真正的根文件系统所在设备的驱动程序.

        • ramdisk文件的管理

          （1）mkinitrd命令，为当前内核重新制作remdisk文件

          options：  [--preload <module>]  # initramfs所提供要预先装载的模块.
  [--with=<module>] # 除了默认的模块还需要装载的模块. 
  <initrd-image> <kernel-version>

          例子：mkinitrd /boot/initramfs-${uname -r }.img ${uname -r}

          （2）dracut命令

          例子：dracut /boot/initramfs-${uname -r}.img ${uname -r}

  • Kernel：Kernel自身初始化，其主要作用有：

    1. 探测可识别到的所有硬件设备**bootloader将系统控制权移交给内核，探测bootloader留下的资源等
    2. 加载硬件驱动程序，即加载真正的根文件系统所在设备的驱动程序（有可能会借助于ramdisk加载驱动）**内核探测出各项资源后，开启或关闭一些进程
    3. 以只读方式挂载根文件系统；**如果有借助于ramdisk这个临时文件系统（虚根），则在这一步之后会执行根切换，否则不执行根切换
    4. 运行用户空间的第一个应用程序：/sbin/init.**到这里内核空间的的启动流程就结束了，而接下来是用户空间完成后续的系统启动流程

  • /sbin/init(用户空间的第一个程序)：虽然CentOS 5、CentOS 6以及CentOS 7的init配置 文件各不相同，一般配置文件：/etc/inittab, /etc/init/*.conf) ，但总体的启动流程是不变的.

    • 根据init的配置文件设置默认运行级别

      • CentOS 5：初始化程序init是SysV init，其配置文件为：/etc/inittab

        CentOS 6：初始化程序init是upstart（模仿Ubuntu启动程序），其配置文件为：/etc/inittab， /etc/init/*.conf，也就是upstart将配置文件拆分成多个，在/etc/init/目录下以conf结尾的都是upstart风格的配置文件，而/etc/inittab仅用于设置默认运行级别

        ​ *.conf文件为upstart风格的配置文件，rcS.conf,rc.conf,start.ttys.conf

        CentOS 7：初始化程序init是systemd，其配置文件为：/usr/lib/system/systemd/, /etc/systemd/system/*

    • 运行级别（0-6）

      • ​ 0：关机模式，shutdown，对应poweroff.target

        ​ 1：单用户模式(single user)：不需要通过认证，登录进去之后为root用户身份，属于维护模式，对应rescue.target

        ​ 2：多用户模式(multi user)：会启动网络功能，但不会启动NFS，是维护模式，对应multi-user.target

        ​ 3：多用户模式(multi user)：为完全功能模式，提供文本界面（minimal install default），对应multi-user.target

        ​ 4：预留级别，目前无特别使用目的，但习惯上以同3级别功能来使用，对应multi-user.target

        ​ 5：多用户模式(multi user)：为完全功能模式，提供图形界面，对应graphical.target

        ​ 6：重启模式，reboot，对应reboot.target

        获取当前运行级别：runlevel或者who -r

        级别之间的切换：systemctl isolate TYPE.target或者init RUNLEVEL

        查看当前系统所有运行级别：systemctl list-units -t target -a

        获取系统默认运行级别：systemctl get-default

        修改当前系统默认运行级别：systemctl set-default TYPE.target

        切换紧急救援模式：systemctl rescue

        切换emergency模式：systemctl emergency

        其他常用命令：

        ​ 关机：systemctl poweroff或者systemctl halt

        ​ 挂起：systemctl suspend

        ​ 快照：systemctl hibernate

        ​ 挂起并快照：systemctl hybrid-sleep

  • 补充

    • /etc/inittab文件

      • 对于CentOS5/6：

        每行定义一种action以及与之对应的process：
格式：id:runlevel:action:process
各字段解释：
   id：一个任务的标识符；
   runlevel：在哪些级别下启动该任务；格式可以是#,###,也可以为空(表示所有级别)；
   action：在什么条件下启动该任务；
   process：任务command；

        action种类：
   wait：等待切换至该任务所在的级别时执行一次；
   respawn：一旦该任务终止，就会重新启动这个任务；
   initdefault：设定默认运行级别；此时process是省略掉的；
   sysinit：设定系统初始化方式，这里一般指定为/etc/rc.d/rc.sysinit脚本文件；

        例如： id:3:initdefault://设置默认运行级别，此处设置为3；

        注意：

        CentOS 7使用target代替了runlevel，也就是在CentOS 7系列已经没有了运行等级这一概念了。而如果需要设置target则可参考该文件的后两行注释，详情见/etc/inittab文件

    • 运行系统初始化脚本/etc/rc.d/rc.sysinit，完成系统初始化

      • CentOS5/6

        ​ ①设置主机名；

        ​ ②设置欢迎信息；

        ​ ③激活udev和selinux；

        ​ ④挂载/etc/fstab文件中定义的所有文件系统；

        ​ ⑤检测根文件系统，以读写方式重新挂载根文件系统；

        ​ ⑥设置系统时钟；

        ​ ⑦根据/etc/sysctl.conf文件来设置内核参数；

        ​ ⑧激活lvm及软raid设备；

        ​ ⑨激活swap设备；

        ​ ⑩加载额外设备的驱动程序（因为内核只加载根文件系统所在分区的驱动程序）；

        ​ ⑪清理操作；

        注意：

        CentOS7中无，欢迎信息文件为/etc/issue，文件内容详解https://www.cnblogs.com/cnjavahome/p/8476462.html

2. Linux内核

内核设计体系：单内核和微内核

linux采用的是单内核设计，但其充分借鉴了微内核体系设计的优点，为内核引入了模块化机制.

​ 内核的组成部分：

​ Kernel：内核核心部分，一般为bzimage压缩镜像格式，位于/boot目录，其名称为vmlinuz-VERSION-release

​ Kernel object(*.ko文件)：内核对象，即内核模块，一般位于/lib/modules/VERSION-release

​ ramdisk文件：CentOS5：/boot/initrd-VERSION-release，CentOS6：/boot/initramfs-VERSION-release

​ 编译内核所用到的标识：

​ [ ]：N

​ ：Module

​ [*]：Y 编译进内核

  • 内核信息的获取，使用命令uname -r

  • 内核模块查看命令：lsmod（显示信息来源于/proc/module），modinfo（例：modinfo [-F] [-n] ipt_REJECT）

  • 内核模块的动态装卸载：

    • modprobe [-r] module_name，选项-r代表卸载模块
    • insmod [filename] [module options]...，filename表示模块文件的路径；rmmod [module_name]，卸载.

  • ldd命令：ldd [OPTION]... FILE... 打印二进制程序文件的依赖模块

    • 使用ldd [二进制可运行文件绝对路径] | grep -o "/lib[^[:space:]]*"可以快速查看依赖模块的路径

  • 内核的简单编译流程：

    • （1）获取目标主机上硬件设备的相关信息

      # CPU有关信息
cat /proc/info
lscpu
x86info -a         # 详细
# PCI设备
lspci            lsusb            lsblk            
# 获取所有硬件设备信息
hal-device

      （2）根据平台去官网https://www.kernel.org/下载适合的内核

      （3）准备编译环境，所需包组Development Tools，Server Platform Development，可能还需要ncurses-devel，如需使用窗口界面进行内核编译，还需要Desktop Platform Development包组

      （4）解压内核至/usr/src目录，并创建一个软连接ln -sv linux

      （5）配置内核选项，使用tui来配置make menuconfig

      （6）编译，make [-j #]，其中#代表线程数，设置该参数可以进行多线程编译

      几种编译模式：

      支持以更新模式进行配置：在已有的.config文件基础上进行修改配置

      （a）make config：基于命令行遍历的方式去配置内核中的每个选项

      （b）make menuconfig ： 基于cureses的文本配置窗口

      （c）make gconfig：基于GTK开发环境的窗口界面，所属包组桌面平台开发

      （d）make xcongfig：基于QT开发环境的窗口界面

      支持全新配置模式进行配置：

      （e）make defconfig：基于内核为目标平台提供的默认配置进行配置

      （f）make allnoconfig：所有选项均不选中

      部分编译：

      （1）只编译子目录中的相关代码

      cd /usr/src/linux
make PATH/TO/DIR

      （2）只编译某个特定的模块

      cd /usr/src/linux
make PATH/TO/DIR/file.ko

      （7）make modules_install，安装内核模块

      （8）make install，安装内核

  • 内核信息输出的伪文件系统

    • /proc内核信息和统计信息的输出接口，其配置接口为/proc/sys

      在/proc/sys目录中

      ​ net/ipv4/ip_forward相当于net.ipv4.ip_forward

      参数设置方式：

      （1）sysctl命令：用于查看/proc/sys目录下的参数的值

      ​ 查看所有内核参数：sysctl -a

      ​ 查看单个内核参数：sysctl VARIABLE

      ​ 修改：sysctl -w VARIABLE=value

      （2）使用文件系统相关命令，cat和echo

      ​ 查看：cat /proc/sys/PATH/TO/FILE

      ​ 修改：echo "value" > /proc/sys/PATH/TO/FILE

      注意：以上两种方式均为当前运行内核有效，重启后无效

      （3）修改配置文件使其永久有效/etc/sysctl.conf和/etc/sysctl.d/*.conf

      ​ 立即生效的方式：sysctl -p /PATH/TO/CONF_FILE

3. anaconda自动化安装脚本

  • CentOS系统安装流程（所使用的安装程序：anaconda）：

    • 概括流程：

      BootLoader --> kernel(initrd(rootfs)) --> anaconda(有tui和gui配置窗口)

      MBR：boot.cat文件

      Stage2：isolinux/isolinux.bin

      ​ 配置文件：isolinux/isolinux.cfg

      每个对应菜单选项：

      ​ 加载内核：isolinux/vmlinuz

      ​ 向内核传递参数：append initrd=initrd.img

      装载根文件系统，并启动anaconda

      安装阶段：

      ​ 对目标磁盘进行分区和格式化操作

      ​ 将指定的软件包安装至目标位置

      ​ 安装bootloader

      首次启动：

      ​ iptables

      ​ selinux

      ​ core dump

  • 安装引导选项（1）：

    • text：将以文本方式进行安装

      method：手动指定安装的方法

      ​ 与网络相关的引导选项：ip，netmask，gateway，dns

      例如：

      linux method ip=192.168.1.43 netmask=255.255.255.0 gateway=192.168.1.1 dns=192.168.1.1

      ​ 远程访问功能相关配置：vnc和vncpassword=YOUR_VNC_PASSWORD

      rescue：启用紧急救援模式

  • 一般使用ISO光盘镜像安装的系统会在用户根目录生成一个名为anaconda-ks.cfg的文件，该文件即为kickstart文件

  • 安装引导选项（2）：

    • ks：指明kickstart文件的位置

      ks=

      ​ DVD drirve：ks=cdrom:/PATH/TO/KICKSART_FILE

      ​ 此外还支持hard driver，http server，FTP server和nfs server等

      kickstart文件的参数及格式（详情参见https://anaconda-installer.readthedocs.io/en/latest/index.html）：

      （1）命令段：指定各种安装前的配置选项，如键盘类型，语言编码等...

      （2）程序包段：指明要安装的程序包，包组，和一些不需要安装的程序包

      %package        # start
@group_name        # 包组
package            # 所要安装的包
-package        # 不需要安装的包
%end        # end

      （3）脚本段：

      ​ %pre：安装前所要运行的脚本

      ​ %post：安装后所要运行的脚本

      其他参见anaconda-kick部分参数.txt文件

  • 最后使用ksvalidatorfilename来检查语法错误

  • 通过网络http服务器中kickstart文件安装

    • （1）挂载光盘镜像，开进进入安装界面

      （2）按下ESC键进入boot命令行，输入以下命令：

      linux ip=192.168.1.231 netmask=255.255.255.0 gateway=192.168.1.1 ks=https://192.168.1.1/centos6.x86_64.cfg

      即可

  • 通过光盘镜像进行引导安装

    • （1）挂载光盘，将光盘根目录下的isolinux文件复制出来

      （2）将复制出来的isolinux文件夹内的所有文件授予写权限

      cd isolinux/
chmod +w *

      （3）将准备好的anaconda-ks.cfg文件放在与isolinux文件夹同级的目录之下

      （4）制作光盘镜像

      mkisofs -R -J -T -v --no-emul-boot --boot-load-size 4 --boot-info-table -V "CentOS 6 x86_64 boot" -c isolinux/boot.cat -b isolinux/isolinux.bin -o  /root/boot.iso   myboot/        # 输出文件boot.iso，isolinux和ks文件置于myboot目录下

      （5）打开目标机器并挂载上一步输出的boot.iso文件，按下tab键输入以下内容：

      vmlinuz initrd=initrd.img ks=cdrom:/anaconda-ks.cfg ip=YOUR_IP netmask=YOUR_NETMASK

      或者直接修改isolinux目录下的isolinux.cfg文件，避免手动输入ks仓库地址

      append initrd=initrd.img ks=cdrom:/anaconda-ks.cfg

      然后重新使用第四步中的命令重新生成iso镜像文件即可

4. 小练习

  • 自行创建一个Linux引导系统，并且能够使用

    • （1）增加一块目标硬盘(虚拟硬盘)

      （2）进行分区和格式化操作

      fdisk /dev/sdb
# 创建三个分区，依次是boot，swap和根分区
kpartx /dev/sdb        # 强制让内核重读分区
# 格式化分区
mke2fs -t ext4 /dev/sdb1         # 同理/dev/sdb3
mkswap /dev/sdb2         # 格式化swap分区

      （3）分别挂载sdb1和sdb3至/mnt/boot和/mnt/sysroot

      （4）在boot目录下安装grub

      grub-install --root-directory=/mnt /dev/sdb

      （5）拷贝vmlinuxz文件和initramfs文件到boot目录

      cp /boot/vmlinuz-2.6.32-754.el6.x86_64 ../vmlinuz
 cp /boot/initramfs-2.6.32-754.el6.x86_64.img initramfs.img

      （6）编辑/grub/grub.conf文件，内容如下：

      default=0
timeout=5
title CentOS6_TEST
   root (hd0,0)
   kernel /vmlinuz ro root=/dev/sda3 selinux=0 init=/bin/bash         # 原内核中的seLinux应该先取消
   initrd /initramfs.img

      （7）为sysroot创建linux文件目录

      mkdir -pv etc bin sbin lib lib64 dev proc tmp var usr home root sys media mnt

      （8）使用ldd命令放入必要二进制文件

      ldd /bin/bash | grep -o "/lib[^[:space:]]*"
cp ××× {相应目录下}
# 使用chroot测试

      （9）重新装载到目标机器即可使用

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