Linux系统的引导过程与服务控制及优化启动过程

linux操作系统引导过程

引导过程总览

开机自检
BIOS
MRB引导
GRUB菜单
加载内核
kernel
init进程初始化

引导过程详解

  • 1.开机自检
    • 服务器主机开机以后,将根据主板BIOS中的设置对CPU、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测,检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权,大多时候会移交给本机硬盘。
    • 总结:检测出第一个能够引导系统的设备,比如硬盘或者光驱
  • 2.MBR引导
    • 当从本机硬盘中启动系统时,首先根据硬盘第一个扇区中MBR(主引导记录)的设置,将系统控制权传递给包含操作系统引导文件的分区;或者直接根据MBR记录中的引导信息调用启动菜单(如 GRUB)
    • 总结:运行放在MBR扇区里的启动GRUB引导程序
  • 3.GRUB菜单
    • 对于Linux操作系统来说,GRUB(统一启动加载器)是使用最为广泛的多系统引导器程序。系统控制权传递给GRUB以后,将会显示启动菜单给用户选择,并根据所选项(或采用默认值)加载Linux内核文件,然后将系统控制权转交给内核
      centos 7采用的是GRUB2 启动引导器
    • 总结:GRUB引导程序通过读取GRUB配置文件/boot/grub2/grub.cfg,来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置
  • 4.加载Linux内核
    • Linux内核是一个预先编译好的特殊二进制文件,介于各种硬件资源与系统程序之间,负责资源分配与调度。内核接过系统控权以后,将完会掌控整个 Linux操作系统的运行过程
      Centos 7系统中,默认的内核文件位于"/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64"。
    • 总结:把内核和镜像文件系统加载到内存中
  • 5.init进程初始化
    • 为了完成进一步的系统引导过程,Linux内核首先将系统中的" /sbin/init"程序加载到内存中运行(运行中的程序称为进程),init进程负责完成整个系统的初始化,最后等待用户进行登录。
    • 总结:加载硬件驱动程序,内核把init进程加载到内存中运行

系统初始化进程

  • init进程
    • init进程由内核加载运行/sbin/init程序
    • init进程是系统中第一个进程,是所有进程的父进程
    • init进程的PID(进程标记)号永远为1
  • Systemd
    • Systemd是linux操作系统的一种init软件
    • CentOS7中采用全新的Systemd启动方式,取代传统的Sys Vinit(CentOS7之前使用的)
    • CentOS7中运行的第一个init进程是/lib/systemd/systemd
  • Systemd与传统Sys Vinit对比
    • 传统SysVinit依赖于串行执行Shell脚本启动服务,导致效率低下,系统启动速度较慢
    • systemd能够将更多的服务进程并行启动,并且具有提供按需启动服务的能力,使得启动更少进程,从而提高系统启动速度。

Ststemd单元类型

单元类型 扩展名 说明
Service .service 描述一个系统服务
Socket .socket 描述一个进程间通信的套接字
(套字节格式为IP:端口)
Device .device 描述一个内核识别的设备文件
Mount .mount 描述一个文件系统的挂载点
Automount .automount 描述一个文件系统的自动挂载点
Swap .swap 描述一个文件系统中文件或目录
Path .path 描述一个文件系统中文件或目录
Timer .timer 描述一个定时器(用于实现类似cron的调度任务)
Snapshot .snapshot 用于保存一个systemd的状态
Scope .scope 使用systemd的总线接口以编程的方式创建外部进程
Slice .slice 描述居于Cgroup的一组通过层次组织的管理系统进程
Target .target 描述一组systemd的单元

运行级别所对应的Systemd目标

运行级别 Systemd的target 说明
0 target 关机状态,使用该级别时将会关闭主机
1 rescue.target 单用户模式,不需要密码验证即可登录系统,多用于系统维护
2 multi-user.target 用户定义/域特定运行级别。默认等同于3
3 multi-user.target 字符界面的完整多用户模式,大多数服务器主机运行在此级别
4 multi-user.target 用户定义/域特定运行级别。默认等同于3
5 graphical.target 图形界面的多用户模式,提供了图形桌面操作环境
6 reboot.target 重新启动,使用该级别时将会重启主机

排除启动类故障

修复MBR扇区故障

MBR位于第一块硬盘(dev/sda)的第一个物理扇区,共512字节

  • 故障原因
    • 病毒、木马等造成的破坏
    • 不正确的分区操作、磁盘读写误操作
  • 故障现象
    • 找不到引导程序,启动中断
    • 无法加载操作系统,开机后黑屏
  • 解决思路
    • 应提前作好备份文件
    • 以安装光盘引导进入急救模式
    • 从备份文件中恢复
  • 操作步骤
    • 1.备份MBR扇区数据到其它磁盘(/dev/sdb1)
      • mkdir /backup
        先创建目录(添加硬盘,fdisk进行分区,格式化,挂载)
      • mount /dev/ sdb1 /backup
        把磁盘分区挂载到/backup 目录中
      • dd if=/dev/sda of=/backup/mbr.bak bs=512 count=1
        用dd命令从/dev/sda取文件到/backup 并命名mbr.bak,取512个字节,取1次
    • 2.模拟破坏MBR引导扇区
      • dd if=/dev/zero of= /dev/sda bs=512 count=1
        用dd命令从/dev/zero 取一些空字符并把/dev/sda的前512个字符覆盖成空字符
    • 3.重启主机引导界面进入急救模式,从备份文件中恢复MBR扇区数据先加载好光盘镜像,重启操作系统
      • 当出现安装向导界面时,选择"Troubleshooting"选项
      • 再选择"Rescue a Centos Linux system"选项,进入急救模式
      • 选择"1"选择continue并按Enter键继续
      • 再次按Enter键后将进入带"sh-4.2#”提示符的Bash shell环境
      • sh-4.2# mkdir /backupdir
        创建目录
      • sh-4.2# mount /dev/sdb1/ backupdir
        挂载带有备份文件的分区
      • sh-4.2# dd if=/backupdir/mbr.bak of=/dev/sda
        恢复备份数据
      • sh-4.2# exit
        执行exit命令退出临时shell环境,系统将会自动重启

修复GRUB引导故障

GURB的配置文件在 /boot/grub2/grub.cfg
/boot/grub目录下的包则是用于启动菜单的背景图片及样式

  • 故障原因
    • MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
    • grub.conf文件丢失、引导配置有误
  • 故障现象
    • 系统引导停滞,显示"grub>”提示符
  • 解决思路
    • 尝试手动输入引导命令
    • 进入急救模式,重写或者从备份中恢复grub.conf
    • 向MBR扇区中重建grub程序
  • 操作步骤
    • 方法一:手动输入引导命令(笨拙繁琐,不建议使用)

      • grub> insmod xfs
        加载指定的模块到内核
      • grub> linux16 /vmlinuz-3.10.0-693.el7.86_64 root=UID=8fd74986-ae66-4ffd-b7d8-a19f2eca7b6f ro rhgb quiet LANG=zh_CN.UTF-8
        内核的名字及位置等信息
      • grub> initrd16 /initlramfs-3.10.0-693.el7.x86_64.img
        镜像系统文件
      • grub> boot
        引导boot
    • 方法二:进入急救模式,恢复GRUB引导程序

      • mkdir /bak
      • mount /dev/sdb1 /bak
      • dd if=/dev/sda of=/bak/grub.bak bs=446 count=1
      • 模拟对MBR中的GRUB引导程序的破坏,但并不破坏分区表
        dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=446 count=1
      • 引导界面进入急救模式,从备份文件中恢复GRUB引导程序
        sh-4.2# mkdir /backupdir
        sh-4.2# mount /dev/sdb1/ backupdir
        sh-4.2# dd if=/backupdir/grub.bak of=/dev/sda
        sh-4.2# exit
    • 方法三:引导界面进入急救模式,重建GRUB菜单配置文件

      • cp grub.cfg /opt/
        rm -rf /boot/grub2/grub.cfg
        先备份然后删除grup.cfg文件
      • 进入急救模式,加载光盘镜像,切换到系统根环境
        sh-4.2# chroot /mnt/sysimage
      • 重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘(/dev/sda)的MRB扇区
        bash-4.2# grub2-install /dev/sda
      • 重新构建GRUB菜单的配置文件
        bash-4.2# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
      • 退出chroot环境,并重启
        bash-4.2# exit
        sh-4.2# reboot

遗忘root用户的密码

  • 故障原因
    • 忘记root用户的密码
  • 故障现象
    • 无法进行需要root权限的管理操作
    • 若没有其他可以账号,将无法登陆系统
  • 解决思路
    • 进入急救模式,重设密码
  • 操作步骤
    • 进入急救模式,加载系统镜像,切换到系统根环境
      sh-4.2# chroot /mnt/sysimage/
    • 重设root用户密码
      bash-4.2# passwd root

服务控制及切换运行级别

系统服务控制

  • systemctl 控制类型 服务名称
  • 控制类型
    • start:启动
    • stop:停止
    • restart:重新启动
    • reload:重新加载
    • status:查看服务状态
  • init 0=systemctl isolate poweroff.target=systenctl poweroff=shutdown -h now
  • init 1=systemctl isolate rescue.target
  • init 3=systemctl isolate multi-user.target
  • init 5=systemctl isolate graphical.target
  • init 6=systemctl isolate reboot.target=systemctl reboot=shutdown -r now

Linux系统的运行级别

  • 查看运行级别
    • runlevel命令
      runlevel只能查看切换运行级别与当刖运行级别
    • systemctl工具
      systemctl能查看默认的运行级别
  • 临时切换运行级别
    • init命令
      init的命令参数是运行级别所对应的数字
    • systemctl工具
      systemctl的命令参数是具体的target
  • 设置永久运行级别
    • ln -sf /lib/systemd/system/multi-user.target /etc/systemd/system/default.target
      -f:强制覆盖重复文件
      或者
      systemctl set-default multi-user.target
      systemctl get-default

优化启动过程

ntsysv工具

  • 提供一个交互式、可视化窗口
  • 可以在字符终端运行
  • 便于集中管理多个服务
  • 用于控制服务是否开机自启动
  • ntsysv系统服务管理工具
    • ntsysv
      ntsysv --level级别列表
    • 按空格键标志服务选项
    • 按↑、↓键切换服务选项
    • 按tab键切换光标

systemctl工具

  • 不提供交互式、可视化窗口
  • 管理单个服务效率更高
  • systemctl命令
    • systemctl enable
      开启开机自启动
    • systemctl disable
      关闭开机自启动
    • systemctl start
      开启服务
    • systemctl stop
      关闭服务
    • systemctl is-enabled
      查看系统服务的开机启动状态
    • hostnamectl set-hostname newname
      永久修改主机名
    • hostnamectl status
      查看主机名的状态
    • localectl set-locale LANG=zh_CN.utf8
      设置系统语言为中文
    • localectl [status]
      查看当前系统使用的语言
    • systemd-analyze
      查看系统启动耗时

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