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Linux系統開機啟動程序

2021-12-22 08:53:11 軟體設計

Linux系統從開機開始到用戶登錄界面,需要啟動一系列的行程,分為幾個步驟,具體啟動的程序如下

1. 載入內核

即把Linux內核載入到記憶體,Linux內核保存在/boot目錄,/boot目錄的內容大致如下

2. 啟動init行程

運行/sbin/init程式,這個是Linux第一個行程,這個行程讀取相應的組態檔并啟動一系列行程,這個行程的PID為1,所有的行程都由它衍生,都是它的子行程,

這個行程讀取/etc/inittab檔案,根據檔案中設定的啟動層級和執行項來啟動對應的程式,

檔案頭內容大致如下

# 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 have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
# 
id:5:initdefault:

...

表示0-6的檔案中說明了不同的啟動層級,以及設定的啟動層級,0為關機,1為單用戶模式(維護模式),較為常用的是3和5,3為普通用戶登陸的字符終端模式,5為帶圖形界面的用戶終端模式,

上述示例,其中設定的行

id:5:initdefault:

表示啟動的層級為5,即圖形界面終端模式,

3. 執行系統初始化腳本(/etc/rc.d/rc.sysinit)

之后/etc/inittab第一個執行項,通常為

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

表示啟動腳本/etc/rc.d/rc.sysinit,這個腳本對系統進行一系列的初始化,包括時鐘、鍵盤、磁盤、檔案系統等初始化,

其中/etc/inittab每一行代表一個執行項,格式如下

id:runlevels:action:process

id: 表示該執行項的id,為符合命名規則的識別符號
runlevels: 符合執行條件的運行層級,為0-6數字的組合
action: 啟動行程的方式,有initdefault, wait, respawn等選項
process: 表示需要執行的行程

4. 執行啟動層級對應腳本(rc*.d)

之后啟動不同層級的初始化行程,/etc/inittab執行項通常如下

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
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

這個執行項執行不同啟動層級對應的程式,啟動程式放在/etc/rcN.d目錄下,N為0-6,比如層級3對應/etc/rc3.d目錄,init行程依次執行對應目錄下的腳本檔案,

rcN.d目錄下的檔案通常是鏈接檔案,指向/etc/init.d目錄下的檔案,實際執行的是/etc/init.d目錄下的檔案,如下為/etc/rc3.d目錄下的檔案list示例

/etc/init.d的.d表示目錄的意思,與啟動程式/etc/init區分開,表示都是啟動程式或目錄,/etc/rcN.d的.d也表示目錄的意思,rc大致為run-level command的意思,表示不同啟動層級的程式,可以在init.d目錄下查看,這里的程式其實都是腳本程式,這些腳本程式基本上都是服務程式,能接受start、stop、restart、status等引數,

4. 啟動終端

rc執行完畢之后,系統環境已經設定完成,各種服務行程也已經啟動,init開始啟動終端程式,inittab檔案中執行項通常如下

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

這里表示2345層級的啟動以respawn方式啟動6個mingetty終端行程,

終端回應鍵盤滑鼠顯示幕等設備實作與用戶進行互動,終端程式會啟動登錄界面,提示輸入用戶名和口令,運行級別5的系統模式會啟動圖形界面的終端程式,

6個終端行程之間可以通過鍵盤CTRL+ALT+F1~F6進行切換,

終端啟動之后,用戶就可以通過鍵盤、滑鼠或者網路連接等登錄系統進行操作了,

5. 總結

整體的啟動程序總結大體如下圖,

總體上的流程就是

1 載入內核之后啟動第一個行程/sbin/init進行初始化

2 /sbin/init呼叫/etc/inittab檔案,根據檔案配置進行系統初始化

3 /etc/inittab檔案完成
a) 設定運行層級
b) 運行初始化腳本/etc/rc.d/rc.sysinit
c) 執行運行層級對應目錄/etc/rcN.d下的腳本
d) 啟動終端行程

不同版本的Linux配置方式,檔案目錄等可能略有不同,大體上啟動流程則如上所述,

基于systemd的啟動機制

隨著Linux系統版本的更新與迭代,不同版本的Linux系統啟動機制開始有所不同,一些新版本的Linux系統(如CentOS 7,Debian,Ubuntu等)開始采用systemd為基礎的啟動機制,

這種啟動機制是一個守護行程的概念,啟動一系列服務,以/lib/systemd/sytemd為第一個啟動行程,以/lib/sytemd/system等目錄為配置目錄,參考如下

https://blog.csdn.net/feccc/article/details/103049975
https://blog.csdn.net/feccc/article/details/103051336

比較主要的點是

1 系統第一個啟動的行程為/lib/systemd/systemd(替代init行程)

systemd是一個系統守護行程,為Linux內核載入后的第一個行程,替代原來的init行程,以Ubuntu 18.04為例,可以查看/sbin/init檔案,發現它是一個指向/lib/systemd/systemd的鏈接

2 啟動行程通過配置目錄進行配置(替代/etc/inittab配置方式)

配置目錄為

/etc/systemd/system
/run/systemd/system
/lib/systemd/system

優先級從高到低,systemd行程依次從這些目錄讀取組態檔,啟動組態檔設定的相應行程,參考https://www.jianshu.com/p/32c7100b1b0c,

目錄中包含了幾種型別的檔案,其中主要的為

1) service檔案,描述需要啟動的服務行程,可以進行啟動、停止、查看狀態等操作
2) target檔案,運行目標,相當于程式組,用以設定需要啟動的系列行程,可以設定不同的啟動行程組,對應原來的run level,

常用的target有basic.target、multi-user.target、graphical.target、default.target等,里面也有runlevel*.target檔案,分別對應原來的0-6的運行層級,通過ls -l可以看到它們是指向不同target的軟鏈接,

default.target是systemd啟動之后默認運行的目標,相當于原來啟動方式中默認的啟動層級,

在Ubuntu系統中通過ls -l查看,實際上它是指向graphical.target的鏈接,表示它指代的默認啟動層級為影像界面方式,

其它檔案如device、mount、socket、path等型別,這里不再贅述,

如果需要添加自己定義的服務程式,可以在配置目錄(通常/etc/systemd/system)添加服務描述service檔案,在檔案中描述需要啟動的服務程式,并設定啟動,

總體上,新的機制用systemd管理啟動服務,systemd通過target檔案來確定需要啟動的服務,需要啟動的服務由service檔案來進行描述,

參考鏈接:https://www.jianshu.com/p/e1442913eb0e
https://www.runoob.com/linux/linux-system-boot.html
https://blog.csdn.net/u011857683/article/details/81395893

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/ruanti/389228.html

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