Linux开机过程研讨－－许景华

mintlake

简述：
当用户打开PC的电源，BIOS开机自检，按BIOS中设置的启动设备(通常是硬盘)启动，接着启动设备上安装的引导程序lilo或grub开始引导 Linux，Linux首先进行内核的引导，接下来执行init程序，init程序调用了rc.sysinit和rc等程序，rc.sysinit和rc 当完成系统初始化和运行服务的任务后，返回init；init启动了mingetty后，打开了终端供用户登录系统，用户登录成功后进入了Shell，这样就完成了从开机到登录的整个启动过程。
Linux 开机程序之研讨
CCCA 资工86 许景华
?
各位是否曾经对电脑整个开机的流程感到好奇呢 ? 这一次 , 我们所要讨论的
主题 , 就是 Linux 从开机的一瞬间到 login 为止 , 到底发生了什么事情 ?
想必各位都知道 , 在刚开机时 , 由于 80x86 的特性 , CS ( Code Segment )
这个寄存器中全部都放着 1 , 而 IP ( Instruction Pointer ) 这个寄存器
中全部都放着 0 , 换句话说 , CS=FFFF 而 IP=0000 , 此时 , CPU 就依据
CS 及 IP 的值 , 到 FFFF0H 去执行那个地方所放的指令 . 这时候 , 由于
FFFF0H 已经到了高位址的顶端 , 所以 , FFFF0H 这个地方 , 总是会放一个
JMP 指令 , 跳到比较低的位址 . 接著 , ROM BIOS 就会作一些检查的动作
像内存 , 键盘 等...... 并在我们俗称的 UMB ( Upper Memory Block )
之中扫描 , 看看是否有合法的 ROM 存在 ( 比如 SCSI 卡上的 ROM ) .
假如有 , 就到里面去执行一些东西 , 执行完之后再继续刚才的行程 . 到了
最后 , 读取硬盘上的第一个 sector . 在这里 , 我假设各位由硬盘启动
因此 , 就硬盘的构造而言 , 它的第一个 sector 称为 MBR ( Master Boot
Record ) . 因为一个 sector 是 512 bytes , 而 MBR 这 512 bytes 可分
为两个部份 , 第一个部份为 Pre-Boot 区 , 占了 446 bytes ; 第二部份
是 Partition Table , 占了 66 bytes . Pre-Boot 区的作用之一 , 就是
去看看那个 Partition 被标成 Active , 然後去读那个 Partition 的 Boot
区 .
在 Linux 的启动方面 , 一般人最常把 LILO 放在 MBR 或 Superblock
假如你把 LILO 放在 MBR , 那很明显的 , 当读取到 MBR 的时候 , LILO
就被执行 , 此时 , 你的屏幕上会出现 boot: 接着 , 就进行 Load Kernel
的动作 . 在另一方面来说 , 假如你把 LILO 安装在 Superblock , 通常你
还会有一个管理开机的程序 , 也许是放在 MBR ( 像 OSBS ) 或者是放在一
个单独的 Partition ( 像 OS/2 的 Boot Manager ) . 再由这个管理开机
的程式去读取 LILO , 进而做 Load Kernel 的动作 .
好了 , 到了目前为止 , 我们已经讲到 Load Kernel 的动作 . Kernel 被
load 到 memory 中之后 , 接着进行一连串 probe 周边的动作 , 像串口
并口 , 软盘 , 声卡 , 硬盘 , 光驱 等 ...... 接着 mount root
partition . 在这之后 , kernel 会起动 init 这个 process . init 这
个 process 的 PID 为 1 , 它是所有 process 的祖先 .
接下来呢 ? 系统就开始执行 /rc.d/rc.S , 在这里 , 我们暂时打住 ,
先对大概的 initialization script 执行的顺序作一个浏览 , 请看下面
的流程 :
init[1]
rc.S begin ;>; 制造一个文件 , 并用 rm -f 这个档案来测试 root partition
## 是不是 read-only 或者是可读写
READWRITE=no
if echo -n >;>; "Testing filesystem status"; then
rm -f "Testing filesystem status"
READWRITE=yes
fi
?
## 假如 root partition 是 read-only 就作 fsck 的动作 , 假如不是 read-only
## 而是 read-write 的话 , 就做下面 else 之后的动作
if [ ! $READWRITE = yes ]; then
## 利用 fsck 做检查及修复文件系统的工作 , 后面接的两个参数 -A , -a .
## -A 的意思是 : fsck 会依据 /etc/fstab 中的记录 , 去检查所有的文件
## 系统 ; 而 -a 就是 auto 的意思 , 当 fsck 有修复的动作时 , 它不会问
## 你问题 , 而直接修复 .
/sbin/fsck -A -a
?
## 假如 fsck 有 error , [ $? -gt 1 ] 括号里面的意思是 : 若上个命令的
## 传回值大于 1 , 而上个命令就是 fsck . 让我们看看 fsck 的传回值 :
## 0 - No errors
## 1 - File system errors corrected
## 2 - File system errors corrected, system should
## be rebooted if file system was mounted
## 4 - File system errors left uncorrected
## 8 - Operational error
## 16 - Usage or syntax error
## 128 - Shared library error
## 很明显的 , 若有任何错误产生的话 , 那 fsck 的传回值都大于 1 . 其实
## 就我的观点认为 , 应该写成 if [ $? -ge 1 ] 比较好 . 既然有错呢 , 系统
## 应该就要跳至单用户模式 , 在单用户模式中主要就是 /etc/rc.d/rc.K
## 中的两件事 : 关掉 swap 及 卸下所有的文件系统 , 而最后重新 login .
## 一般正常的情况下 , if 下面这一大段是不会执行的 , 而会跳至下面
## 标有 ************************* Normal 1 ************************* 处
if [ $? -gt 1 ] ; then
echo
echo
echo "**************************************"
echo "fsck returned error code - REBOOT NOW!"
echo "**************************************"
echo
echo
/bin/login
fi
## ****************************** Normal 1 **************************
## 当 fsck 检查没有错误之后 , 就把 root partition 重新 mount 上来
## 下面指令的参数有三个 , -w 代表mount 成可读写 , -n 代表把一个 file-
## system mount 上来 , 但不会把记录写到 /etc/mtab 中 , 在上次对 /etc/mtab
## 介绍时有提到 , 当我们使用 mount 这个指令把一个 filesystem mount 上来
## 的时候 , /etc/mtab 就会记录 ! 利用 -n 这个 option 可使得做 mount 的动
## 作 , 却不会记录 . -o 后面可以接许多的选项 , 在这里 , 我们给它的选项是
## remount . remount 的意思是 : 重新 mount 一个已经被 mount 的 filesystem
## 这个选项通常被用来改变该 filesystem 的读写标志 ,尤其是把 filesystem
## 从 read-only 的状态 , 改变成 read-write 的状态 .
echo "Remounting root device with read-write enabled."
/sbin/mount -w -n -o remount /
?
## 在前面的情况中 , 都是 root partition 为 read-only 的状态下 , 所做的一些
## 工作 , 到了最后一个指令 /sbin/mount -w -n -o remount / , 才把 root
## partition mount 成 read-write . 各位有没有看到前面那行 :
## if [ ! $READWRITE = yes ]; then ..... 下面这个 else 就是与这个 if 对应
## 也就是说 , 前面那个 if 的区块中 , 所作的工作都是在 root partition 为
## read-only 的条件成立下所作的事 , 那很明显的 , 下面这个 else 就是 root
## partition 为 read-write 的条件下所作的工作 . 假如你的 root partition
## 为 read-writeable 的话 , 那么系统就会显示下面的信息 . cat ;>; /dev/null , 当你使用这个指令之后会
## 发生什么事呢 ? 什么也没发生 , 而且 ls 的输出就好像被丢到黑洞里 , 无
## 影无踪了 . 那也许你会想 : 那这有什么用 ? 我的回答是 : 的确没有什么
## 很大的用处 , 但当你想抑制输出的信息时 , 你就会用得到了 .
cat /dev/null >;>; /etc/utmp
?
## 依据 fstab ( filesystem table ) 中的描述 , 自动的挂上文件系统
## 但此时因为 TCP/IP 还没有设定 , 故不用 NFS
echo 'Mount Filesystem !!!'
/sbin/mount -avt nonfs
?
## 设定系统的时钟 . 下面这几行所做的事就是 : 看看 /sbin/clock 这个文件是
## 不是可执行的 , 假如可以执行 , 就把 CMOS 中的时间设定为系统的时间 .
if [ -x /sbin/clock ]; then
echo 'Set System Clock'
/sbin/clock -s
fi
?
## 下面的四行若没有 mark , 则每次开机 issue 及 motd 都会被改变 , 这应该
## 可算是 FAQ 级的问题了 ...... 因为我有自己设计的 issue 及 motd , 所以
## 下面的四行前面都有 # , 被注释掉 .
## 假如你要有自己的设定 , 下面一定都要 mark 起来
#echo >; /etc/issue
#echo Welcome to Linux /bin/uname -a | /bin/cut -d\ -f3. >;>; /etc/issue
#echo >;>; /etc/issue
#echo "/bin/uname -a | /bin/cut -d\ -f1,3. (Posix)." >; /etc/motd
?
## 接下来 , 将执行 rc.serial , 顾名思义 , rc.serial 是作串口设定的工作
## 在 rc.serial 中 , 内容虽然也是很简单 , 但并不像 rc.S 那样直接 . 换句话
## 说 , 读者至少要 " 稍微 " 懂一点 shell programming , 所以说呢 , 假如
## 还不会 shell programming 的读者呢 , 都应该赶快去找一本书来看一下 , 在
## 这篇文章的结尾 , 我会提出一些书单 , 各位可以去找找这几本书 ......
/bin/sh /etc/rc.d/rc.serial
echo '================= rc.S is finish NOW !!! ========================='
?
?
到了这里 , rc.S 的最後一步 , 是去执行 rc.serial . 大家可以看一看
/rc.d/rc.serial . 好像很长的样子 , 但实际上呢 , 各位必然发现到了 , 这个
shell script 大部份指令的前面都有一个 '#' 号 , 这代表着 , 这些指令完全
不会被执行 . 所以呢 , 真正有用的只不过寥寥十几行吧 ! 在另一方面来说 ,
假如你是用网卡连上网络 , 那 rc.serial 对你并没有什么大用处 .
?
**************************** rc.serial ******************************
#!/bin/sh
#
# /etc/rc.serial
# Initializes the serial ports on your system
#
# Version 2.01
echo '======================= rc.serial is begin !!! ====================='
cd /dev
## 下面三行中的前两行是设定一些变量 , 由于在这个 shell script 中 , 需要
## 用到 /bin/setserial -b 这个指令 , 或是需要用到所有以 cua 开头的 node
## 的次数太多了 , 因此 , 把它们设定为一个变量 , 是一个不错的方法 . 尤其
## PORTS=`echo cua? cua??` 这是一个聪明的写法 , 那为什么不写成 PORT=
## `echo cua*` 呢 ? 各位可以在 /dev 下分别使用这两个指令 , 观察输出到底
## 有什么不同 ......
SETSERIAL="/bin/setserial -b"
PORTS=`echo cua? cua??`
echo -n "Configuring serial ports...."
?
## 下面这行 , 没有学过 shell programming 的人很可能会看不懂 , 不过没有
## 关系 , 这行中的 ${SETSERIAL} 会被换成 /bin/setserial -b , 而 ${PORTS}
## 会被换成 cua0 cua1 cua2 ....... cua31 , 所以整句翻译就是 :
## /bin/setserial -b -W cua0 cua1 cua2 cua3 cua4 cua5 cua6 ...... cua31
## 那这行指令到底在做什么呢 ? 其实只是在做中断侦测的工作 .
${SETSERIAL} -W ${PORTS}
?
## 各位看到下面原来的注释了吧 . 当你有一些特殊的卡时 , 你可以把相对应部
## 份前面的 '#' 去掉 , 以便能做自动设定的工作 . 其实呢 , 这种情况实在
## 不多 , 大部份人的设备都差不了多少 , 说到关于串口 , 差异就更少了 .
#
# AUTOMATIC CONFIGURATION
#
# Uncomment the appropriate lines below to enable auto-configuration
# of a particular board. Or comment them out to disable them....
#
?
## 好了 , 这下我们又多了一个变量 : AUTO_IRQ , 这在下面会用到 .
AUTO_IRQ=auto_irq
?
## 下面几行非常整齐 , 它们可以分别被换成 :
## /bin/setserial -b /dev/cua? auto_irq skip_test autoconfig
## setserial 说穿了也没什么 , 这个指令可以让你对 serial port 做设定及回报
## 的动作 , 像 IRQ , I/O port 啦等等的事情 . 一般的情况下 , 大家的电脑中
## 通常只有 COM1-COM4 , 但假如你想增加新的 port , 那 setserial 就派上用
## 场了 .
# These are the standard COM1 through COM4 devices
#
# If you have an internal modeme with a Rockwell Chipset, add a "skip_test"
# to the /dev/cua3 line below. (It's not added by default because it will
# screw up people with 8514 displays).
#
${SETSERIAL} /dev/cua0 ${AUTO_IRQ} skip_test autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua1 ${AUTO_IRQ} skip_test autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua2 ${AUTO_IRQ} skip_test autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua3 ${AUTO_IRQ} autoconfig
# These are for the first AST Fourport board (base address 0x1A0)
#
${SETSERIAL} /dev/cua4 ${AUTO_IRQ} autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua5 ${AUTO_IRQ} autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua6 ${AUTO_IRQ} autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua7 ${AUTO_IRQ} autoconfig
# These are for the second AST Fourport board (base address 0x2A0)
#
${SETSERIAL} /dev/cua8 ${AUTO_IRQ} autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua9 ${AUTO_IRQ} autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua10 ${AUTO_IRQ} autoconfig
${SETSERIAL} /dev/cua11 ${AUTO_IRQ} autoconfig
?
## 从这里以下 , 我省略了一大段 , 因为这一大段都是支持特殊的卡
# These are the 3rd and 4th ports on the Accent Async board.
#
#${SETSERIAL} /dev/cua12 ${AUTO_IRQ} autoconfig
#${SETSERIAL} /dev/cua13 ${AUTO_IRQ} autoconfig
#
?
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?
## 好了 , 我们跳掉了一大段 , 直到这里 . 各位看到下面的注解了 .
## 假如你想用手动的方法指定 IRQ , I/O port , 及指定 chip 的型号
## 那你可以拿掉下面对应那行前面的 '#' 并作适当的修改 , 比如说
## 你用的是比较新的 16550 或 16550A , 而不是 16450 , 那你就可以
## 在下面用手动的方法指定 . 实际上 , 用 autoconfig 及 autoirq
## 的选项就可以了 , 没有必要用手动的方式 . 除非侦测不到 .
###############################################################
#
# MANUAL CONFIGURATION
#
# If you want to do manual configuration of one or more of your
# serial ports, uncomment and modify the relevant lines.
#
###############################################################
# These are the standard COM1 through COM4 devices
#
#${SETSERIAL} /dev/cua0 uart 16450 port 0x3F8 irq 4
#${SETSERIAL} /dev/cua1 uart 16450 port 0x2F8 irq 3
#${SETSERIAL} /dev/cua2 uart 16450 port 0x3E8 irq 4
#${SETSERIAL} /dev/cua3 uart 16450 port 0x2E8 irq 3
.
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.
.
.
## Ok , 到此 , rc.S 及 rc.serial 已经结束 , 因为截稿时间的关系 , rc.M
## rc.inet1 , rc.inet2 , rc.font , rc.local 将在以后为各位介绍 .
echo "done."
${SETSERIAL} -bg ${PORTS}
echo ' ====================== rc.serial is complete !!! ==================='
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* 关于 Shell Programming 的书单 :
Title: The Unix C Shell Field Guide
Authors: Gail Anderson and Paul Anderson
Publisher: Prentice Hall
Edition: 1986
ISBN: 0-13-937468-X
这本是 C-Shell 的 Bible , 想学 C-Shell 的人 , 可以去看这本书 .
?
Title: Unix Shell Programming
Authors: Stephen Kochan and Patrick Wood
Publisher: Hayden
Edition: 1990
ISBN: 0-672-48448-X
喔 ! 这本书以 Bourne Shell 为主 , 内容深入浅出 , 读者很容易就可以了解
这本书的内容 , 进而掌握 Bourne Shell 的精髓 . 此外 , 这本书也有提到
Korn Shell , 大体上来说 , 是一本值得看的好书 .
?
*如何联系作者 :
E-Mail Address : jhhsu@csie.nctu.edu.tw
u8217017@cc.nctu.edu.tw
Dormitory : 交通大学十舍 317R
..
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Linux 开机程序之研讨
CCCA 资工86 许景华
在上次的介绍中 , 我们已经看完了 rc.S 及 rc.serial 这两个 shell script .
现在 , 我们将把剩下的 shell script 再作一个介绍 .
首先还是看看全部的流程 :
?
init[1]
rc.S begin
rc.serial begin
rc.serial end
rc.S end ; login -->; shell -->; logout --
^ |??????????????????????????????????????? |
? |; 这个指令来把此文件放到
## /var/spool/cron/crontabs中. 我们可以看看 /var/spool/cron/crontab 下
## 有一个 root 的文件 , 看看里面的内容 :
##
## 0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 * * * * /usr/lib/atrun
##
## 所以各位看到了 , 在前两期提到的 at 命令是五分钟才被 run 一次的
##
## 再举一个简单的例子好了 : 我们先用一般的文本编辑器造出一个名为 crontest
## 的档案 , 内容如下 :
##
## 5 * * * * ls -la ~/ >;>; ~/hehehaha
##
## 接着 , 我们键入下面的命令 : crontab crontest
## 此时 , 从内容得知 , 每五分钟 crond 就会执行 ls -la , 把你 home directory
## 的内容加入 hehehaha 这个文件中 .
##
## 当然啦 ! 这个例子简直是毫无意义可言 :) 但是 , 大家既然知道了基本原理 ,
## 利用 crontab , at 这些指令 , 就可以简化一些系统管理的动作 , 同时在执行
## 一些工作时 , 也会比较有弹性 .
/usr/sbin/crond -l10 >;>;/var/adm/cron 2>;&1
?
## 假如 /etc/HOSTNAME 不能读取的话 , 就把 darkstar.frop.org 当成 HOSTNAME
## 中的内容 . 老实说 , 下面这三列去掉也不打紧 ......
if [ ! -r /etc/HOSTNAME ]; then
echo "darkstar.frop.org" >; /etc/HOSTNAME
fi
?
## 下面从 if 到 fi 夹起来的部份 , 主要就是在执行 rc.inet1 , rc.inet2 . 这
## 些都是网络设定的工作 , 尤其是 rc.inet2 , 启动了一大堆 daemon , 这部份
## 要牵扯到的东西太多了 . 像 subnet 与 netmask 等 ...... 类似这种观念 ,
## 都不是三言两语就可以玩完的 , 所以就留待以后再说 .
if [ -x /etc/rc.d/rc.inet1 ];
then
/bin/hostname `cat /etc/HOSTNAME | cut -f1 -d .`
/bin/sh /etc/rc.d/rc.inet1
/bin/sh /etc/rc.d/rc.inet2
else
/sbin/hostname_notcp `cat /etc/HOSTNAME | cut -f1 -d .`
/usr/sbin/syslogd
/usr/sbin/klogd
/usr/sbin/lpd
fi
?
## 在某些资源独占的情况下 , 一些应用程序往往会制造出 lock 文件 . 假如这些
## lock 文件在重新开机以后还是存在的话 , 那就很不好了 . 所以 , 下面就是在
## 作这些删除 lock 文件的动作 , 并把一些输出的信息丢到 /dev/null 去 .
## 在上一期的内容中 , 我们就有提到 /dev/null 了 , 也有提到抑制信息输出的
## 方法 . 现在我们果然看到了一个实例 ......
/bin/rm -f /var/spool/locks/* /var/spool/uucp/LCK..* /tmp/.X*lock 1>; /dev/null 2>; /dev/null
?
## 假如你有玩 hunt 这个 game 的话 , 那在 /tmp 下会有一个 socket 类型的文件
## 我们要把它删除之后才能开始另一个 game ......
if [ -r /tmp/hunt -o -r /tmp/hunt.stats ]; then
echo "Removing your stale hunt sockets from /tmp..."
/bin/rm -f /tmp/hunt*
fi
?
## 设定 share library 的 link 及 cache . 这个指令只有 Superuser 才能使用
## 的 , 它也相当的重要 . 万一你的 /etc/ld.so.cache 很不幸的 corrupt 了 ,
## 那我们也可以利用这个指令来让它重新 link , 先删除 /etc/ld.so.cache ,
## 再以 ldconfig -v 重新制造就可以了 .
/sbin/ldconfig
?
## 起动 sendmail daemon , 并且让它 15 分钟就去看一看 spool , 处理收发信件
if [ -x /usr/sbin/sendmail ]; then
echo "Starting sendmail daemon (/usr/sbin/sendmail -bd -q 15m)..."
/usr/sbin/sendmail -bd -q 15m
fi
?
## 假如 /etc/rc.d/rc.font 是可读的话 , 就执行 rc.font 这个 shell script ,
## 而这个 shell script 主要是设定 text mode 下屏幕的字体
if [ -r /etc/rc.d/rc.font ]; then
/etc/rc.d/rc.font
fi
?
## 在系统管理中 , 我们常常把一些 local 的东西另外放在一个地方 , 这样才不
## 会与原来的东西混淆 . 同时 , 因为 local 的东西更新版本的速度总是也比较
## 快 , 在这种情况下 , 常常会变动的东西也可以放在 local 的区域中 , 这样
## 管理起来比较方便 . 也许各位也注意到了 : 为什么会有 /usr/bin 及
## /usr/local/bin 之分 . 就个人认为 , 像自己 compile 出来的东西 , 假如
## 觉得还不错 , 就可以把它放在 /usr/local/bin , 因为它是新增的 , 所以我
## 把它放在 /usr/local/bin . 当然啦 , 这只是个人喜好罢了 , 你要放那里
## 都是可以的 , 只要找得到 , 易于使用及管理就好 .
## 同样的 , 若我们要起动一些新增的 daemon 或 shell script , 那放在
## 是不错的选择 .
## 下面一列就是去执行 rc.local 中的设定 , 通常是一些 daemon 或是 shell
## script
/etc/rc.d/rc.local
?
# All done.
?
到这里 , rc.M 已经结束了 , 我们来看看从 rc.M 之中执行的 rc.font 及
rc.local ......
下面是 rc.font 的内容 :
#!/bin/sh
#
# This selects your default screen font from among the ones in
# /usr/lib/kbd/consolefonts.
#
## 我想下面这一列的命令非常明显了 , 就是设定 console 中的字体 , 你可以
## 改成自己喜欢的字体 . 或者你也可以利用 fontconfig 这个指令来改变 .
setfont /usr/lib/kbd/consolefonts/default8x16
?
?
看完了 rc.font 后 , 我们来看看 rc.local 的内容 . 我所要说的是 : rc.local
毕竟是自己设定的区域 , 所以每个人的可能都不一样 , 就我而言 , 因为我多 run
了一些 daemon , 所以与大家的可能不太相同 . 所以 , rc.local 作参考就可以了.
下面是我的 rc.local :
#! /bin/sh
# Put any local setup commands in here
# Running selection
?
## lpd 是控制打印机的 daemon , 要想在 LINUX 下用打印机 , 这个 daemon 必需
## 要被起动 , 此外还要修改 /etc/printcap . 详细的情况要去看 PRINT-HOWTO
echo -n "lpd"
/etc/lpd
?
## httpd 就是 WWW server 的 daemon . 想必大家都用过 Mosaic , Netscape 等
## 的浏览器 . 但假如我们想建立自己的 WWW server , httpd 必须要执行 .
echo -n " httpd"
/usr/local/etc/httpd/src/httpd
?
## 在 WWW 的时代还没来临以前 , gopher 可说是具有最方便的信息索引功能 , 即使
## 到了现在 , gopher 仍然占有一席之地 , 在这里 , 因为我有建立自己的 gopher
## server , 所以 gopherd 必需被起动 .
echo -n " gopherd"
/usr/local/sbin/gopherd -u nobody
?
## 下面这个指令是 mouse 在 console 下做 cut & paste
echo -n "Running selection..."
selection -t ms &
echo ' '

本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u1/56508/showart_497946.html