1 Linux操作系统引导过程

1.1 引导过程

• 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（Central Processing Unit，中央处理器）、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。比如硬盘或光驱、U盘
• 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（Master Boot Record，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
• GRUB菜单
  对于Linux操作系统来说，GRUB（GRand Unified Bootloader，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。需要注意的是，Centos7采用的是GRUB2启动引导器，Centos6是采用的是GRUB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
• 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。内核接过系统控制权以后，将完全掌控整个Linux操作系统的运行过程。在Centos系统中，默认的内核文件位于"/boot/vmlinuz-3.10.0-514.e17.×86_64"。
  总结：把内核和镜像文件系统加载到内存中
• 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进程负责完成一系列的系统初始化过程，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

1.2 Linux 7 启动过程

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。

1.3 grup2与grup的区别

• 支持多种文件系统格式式
• 在grub中stagel stagel-5 stage2已经被取消
• grub2使用模块机制，通过动态加载需要的模块来扩展功能，这样做的好处允许core镜像更小
• 支持自动解压
• 配置文件的不同最明显的。/boot/grub/grub.conf已经被/boot/grub2/grub.cfg所替代

/boot/grub2/grub.cfg，即使你用ROOT用户也不要编辑，该文件会在每次执行grub2-mkconfig后自动执行
/etc/default/qrub 是改变引导菜单外观的主要配置文件
/etc/grub.d/*各种用于生成grub.cfg的脚本文件，每次执行grub2-mkconfig时会执行里面的文件

1.4 系统初始化进程

1.4.1 init进程

• 由Linux内核加载运行/sbin/init程序
• init进程是系统中第一个进程
• init进程的PID（进程标记）号永远为1

1.4.2 Systemd

• Systemd是Linux操作系统的一种init软件
• CentOS 7中采用全新的Systemd启动方式，取代传统的SysVinit
• CentOS 7中运行的第一个init进程是/lib/systemd/systemd

systemd的优点

• 一是启动时间长。init进程是串行启动，只有前一个进程启动完，才会启动下一个进程。
• 二是启动脚本复杂。init进程只是执行启动脚本，不管其他事情。脚本需要自己处理各种情况，这往往使得脚本变得很长
  systemd：首先它并不是一个命令，而是一组命令，它涉及到系统方方面面的并行

Systemd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
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	描述个内存交换设备或交换文件
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

2 排除启动类故障

2.1 修复MBR扇区故障

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

MBR位于第一块硬盘（/dev/sda）的第一个物理扇区处，总共512字节
第一步：备份MBR扇区数据到其它磁盘（/dev/sdb1）

• 添加硬盘
  
• 刷新让系统识别
  
• 新建一个分区
  
• 初始化
  
• 挂载
  
• 备份mbr引导扇区到其他磁盘

第二步：模拟破坏MBR引导扇区

第三步：重启

第四步：引导镜像急救模式进行mbr扇区恢复

• 镜像中的设备状态已连接，启动时连接要勾起来，这样虚拟机冲击才能自动进入光驱
  
• 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 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

• 出现这个界面就恢复成功了
  

2.2 修复GRUB引导故障

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

/boot/grub/目录下的包是用于启动菜单的背景图片及样式

GRUB配置文件
方法一：手动输入引导命令（笨拙繁琐，不建议使用）

方法二：进入急救模式，恢复GRUB引导程序
MBR位于第一块硬盘（/dev/sda）的第一个物理扇区处，总共512字节，前446字节是主引导记录，分区表保存在MBR扇区中的第447
-510字节中。

方法三：引导界面进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件

2.3 遗忘root用户密码

3 服务控制及转换运行级别

3.1 服务控制

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

3.2 转换运行级别

转换运行级别
查看运行级别

• runlevel命令
• systemctl工具
  runlevel只能查看切换运行级别与当前运行级别
  systemctl时能查看默认的运行级别

临时切换运行级别

• init命令
• systemctl工具
  init的命令参数是运行级别所对应的数字
  systemctl的命令参数是具体的target
  设置永久运行级别

4 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

systemctl工具

• 不提供交互式、可视化窗口
• 管理单个服务效率更高

5 总结

各个级别的作用
0（poweroff.target）：关机
1（rescue.target）：单用户模式
2、3、4（mulit-user.target）：多用的文本界面
5（graphical.target）：多用的图形界面
6（reboot.target）：重启