Linux开机流程分析

silverwolf

    开机不是只要按一下电源钮而关机只要关掉电源钮就可以了吗？有何大学问？话是这样没错啦，但是由於 Linux 是一套多人多工的作业系统，你难保你在关机时没有人在线上，如果你关机的时候碰巧一大群人在线上工作，那会让当时在线上工作的人马上断线的！那不是害死人了！一些资料可以无价之宝哩！另外，与 DOS 环境不同的是， Linux 在执行的时候，虽然你在画面上只会看到黑压压的一片，完全没有任何画面，但其实他是有很多的程式在背景底下执行的，例如邮件程式、浏览器主机程式等，你如果随便关机的话，是很容易伤害硬碟及资料传输的动作的！所以在 Linux 下关机可是一门大学问喔  

    既然开机是很严肃的一件事，呵呵，那我们来了解一下整个开机的过程吧！好让大家比较容易发现开机过程里面发生错误的地方，与解决之道！不过，由於开机的过程中，那个 Boot Loader 使用的软体可能不一样，例如 Mandrake 9.0 已经同时提供 Lilo 与 Grub 这两个开机管理程式，虽然 lilo 与 grub 的启动过程或许有点不太相同，但是他的原理则都是一样的哩！这里我们先介绍较老牌的 Lilo 罗！ Lilo 是什么？！简单的说，他是 LInux LOader 的缩写，就是 Linux 开机时候载入的咚咚就对了！这东西可是控制了你的多重开机的命脉！底下的篇幅会再分别介绍这两套开机管理程式！底下先开始来谈谈 Linux 是如何开机的呢？基本的流程为：
                        载入 BIOS 的硬体资讯；
                        读取 MBR 的 Kernel Loader (亦即是 lilo, grub, spfdisk 等等)开机资讯；
                        载入 Kernel 的作业系统核心资讯；
                        Kernel 执行 init 程式并取得 run-level 资讯；
                        init 执行 /etc/rc.d/rc.sysinit 档案；
                        启动核心的外挂式模组 (/etc/modules.conf)；
                        init 执行 run-level 的各个批次档( Scripts )；
                        init 执行 /etc/rc.d/rc.local 档案；
                        执行 /bin/login 程式；
                        登入之後开始以 Shell 控管主机。
    大概的流程就是上面写的那个样子啦，而每一个程序的内容主要是在干嘛呢？底下就分别来谈一谈吧！
    寻找 BIOS 载入硬体资讯：
    稍微有 PC 硬体经验的人们大概都知道 BIOS ( Basic Input/Output Setup ) 的作用！他是第一个被载入电脑的资料！你主机的 CPU 资料、开机顺序、硬碟大小、晶片组工作状态、PnP 的开启与否、记忆体的时脉等等等...这都记录在 BIOS 当中！所以啦，开机之後，系统会先去找这个东西；
    可开机硬碟的 MBR 读取 Kernel loader：
    再来呢？呵呵！当然就是硬碟的开机资料罗！由於个人电脑的系统在读完 BIOS 之後，会先去读取第一个开机硬碟的第一个磁区（就是 master boot record, MBR 罗！），还记得这个 MBR 吗？嗄！忘记了？赶紧回到第二篇好好的再复习一遍ㄋㄟ?。而这个磁区主要就是在记录开机的资讯！还记得上面提到的 Lilo 及 grub 吧？他的纪录就是在这里罗！所以罗，这个时候 Lilo 纪录的资讯就会被读出来，系统并依 Lilo 的资讯去不同的系统开机，这也就是多重开机设定的地方啦。
　
    好了，先再来回忆一下，如果你是以 grub 程式开机的话，那么在开机的时候会显示什么资料呢？呵呵！会显示蛮多的开机选单，没错?就是『选单』，然後选择了你的选择项目之後，系统就会跑到该磁区去读取该作业系统的核心罗！呵呵！所以一个好的 boot loader 会具有两个功能，就是：
　
    选单功能 ( menu )
    指向功能 ( pointer )
　
    那么为何要有 loader 呢？我想，我们得先来探讨一下这个话题才行！要探讨之前先来了解一下，晓不晓得 Windows 与 Linux 的档案格式一不一样？！呵呵！当然不一样对不对，好了，那么再来说一说，请问，你的电脑怎么知道你的硬碟的资料是什么系统？哈哈！那就是 loader 的主要功能罗！在你能使用系统之前，一定需要载入核心对吧！？但是怎样让你的硬体认识核心呢？那就是 kernel loader 的主要功能了！所以这里需要提出的是， Linux 的 loader ( lilo 或 grub ) 是可以认识 windows 的核心档案的，但是 Windows 的 loader 却不认识 Linux 的核心档案，因此，作为一个多重开机的设定 loader ，就无法使用 Windows 所提供的 loader 罗！由於需要让系统认识你的 kernel ，因此，就需要 kernel loader 啦！这样想就对啦！
    　
    这一部份的资讯我们在後续的章节会再提及！
    载入核心( Kernel )：
    好了，等我们在 grub 的选单中选择了 Linux 这个系统，然後主机跑到 Linux 所在的硬碟之下，就开始将他的核心载入罗。在 Linux 的系统下，通常开机的核心都摆在 /boot 底下，因此，这个时候的 boot loader 就会到 /boot 去寻找相关的核心。我们的 kernel 名称通常就是 /boot/vmlinuz-xxxx 的格式，目前 Mandrake 9.0 的核心版本为 2.4.19，而 Mandrake 自行释出的版本为 2.4.19-16mdk ，所以，使用 uname ━r 会出现 2.4.19-16mdk 呦！然後 MDK 9.0 预设核心档案就是： /boot/vmlinuz-2.4.19-16mdk 这一个！好了，载入这个档案再往下继续吧！
    核心执行 init 并由 /etc/inittab 取得系统登入状态：
    核心载入之後，由核心执行的第一个程式就是 /sbin/init 罗！而这个程式第一个目标当然就是确定主机是要以怎样的情况登入！这个时候就必须要以 /sbin/init 来载入 /etc/inittab 的资讯啦！而 Linux 共有几种登入模式呢？嗯！这里似乎有需要说明一下 Linux 有哪些登入的状态！如果你进入 Linux 的 /etc/inittab 档案的话( 可以使用 vi 啦 )，你应该会看到如下的资讯：
　 [root @test /root]# vi /etc/inittab
    #   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)  关机  
    #   1 - Single user mode  单人使用（系统有问题时候的登入状况）  
    #   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking) 多人但无网路  
    #   3 - Full multiuser mode 文字界面登入的多人系统  
    #   4 - unused      系统保留  
    #   5 - X11           X-Windows 图形界面登入的多人系统  
    #   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)  重新开机  
    #  
    id:3:initdefault:
　
    上面显示的就是目前可以登入的状态了（就是 run-level 啦！），共有 0?6 的登入状态，其中，我们比较常使用的是 3 与 5 ， 因为我们需要 Linux 是多人多工的情况，而较常登入的状态就是文字与图形界面啦！所以这里需要设定成 3 或者是 5 ，千万不要设定成 0 或者是 6 喔！不然系统会一直直接重新开机或者是直接关机....预设的系统登入在上面这个表格的最底下一行纪录著！就是『id:3:initdefault 』那一行！注意喔！因为 VBird 预设是以文字界面来登入，所以才会是 3 ，如果你要改成图形界面登入的话（请确定你的 X-windows 没有问题），那么就将 /etc/inittab 里面的上面那一行，将 3 改成 5 即可罗！
    那么什么是『单人维护模式 ( run-level 为 1 )』？如果你有玩过 Windows 的话，那么你在开机的时候如果按下 F8 时，不是会出现一些什么『安全模式』啦、『正常开机』啦或『 MS-DOS 模式』等等的进入 Windows 的状态吗？尤其是当你不正常关机的时候， Windows 预设就会以『安全模式』来启动 Windows 罗！Windows 的『安全模式』几乎不载入一些复杂的模组，让你的 Windows 一定可以开机成功！那么 Linux 的维护模式状态即是使用单人模式（ 就是 run_level 为 1 啦！）所以说， Linux 的登入情况是如何呢？呵呵！没错，就是在这里载入的啦！
    init 的第一个执行内容 /etc/rc.d/rc.sysinit ：
    确定了登入状态之後，再来当然就是需要将主机的资讯给他读进去 Linux 系统罗！而 Linux 系统的第一个资料内容就是 /etc/rc.d/sysinit 这个档案啦！如果你有空进入这个档案去看看的话，会发现这个档案的内容包括了==>设定预设路径（ PATH ）、设定主机名称、执行 /etc/sysconfig/network 所记录的网路资讯、挂载 /proc 这个保存在记忆体当中的主机基本讯息、以及其他几个 Linux 作业系统最基本的几个资讯！大抵来说，他的基本工作是：
  
    1.设定预设路径：( PATH  )
    2.设定网路状态：系统会再去读取 /etc/sysconfig/network，并将该档案内的资料，如 NETWORKING, FORWARD_IPV4, HOSTNAME, DOMAINNAME, GATEWARY, GATEWAYDEV 等等的设定读入系统中。
    3.启动系统的置换空间（简单的可以想成是虚拟记忆体）： swapping
    4.检查档案系统：这个时候系统会去检查一些可能会存在的目录，例如 /fsckoptions 与 /forcfsck 及 /fastboot 等等的目录，当你的系统有不正常关机的现象时（例如突然的断电等等），那么 Linux 将会自动的强制去检查 root 的档案系统 （ checking root filesystems ）。简单的想一想，就好像是 Windows 系统下，当你不正常关机时，在开机的过程中就会出现扫瞄硬碟的情况相同啦！
    5.周边设定与系统设定的参数 (/proc )：在 Linux 或者是 Unix 系统中，你会在根目录中发现一个很奇怪的磁区，那就是 /proc 罗！其实这个目录是记录在记忆体当中的，每次开机的时候就会被建置起来。他的主要功能是记录主机的一些周边设备的最新资料状况！例如网路周边啦、输入输出周边啦等等的。没事的话，不要到里面乱砍喔！会有问题
    6.设定 Plug and Play ( PNP )的一些参数资料；
    7.清除 /etc/mtab ；
    8.mount root 及 /proc 档案系统 ：好了，将一些资料都设定好之後，当然就是需要将资料写下来罗！这个时候就会将 root 与 /proc 资料给他 mount 上档案系统啦！
    8.决定是否使用模组, 载入模组
    9.检查档案系统 ：与前面相同的，当前面的 /fastboot 检查的旗标开启之後，就会以 fsck 检查你的其他磁区罗！ ( 使用 fsck )
    10.挂上其它档案系统
    11.设定 console 字型
    12.打开 quota
    13.清除不必要的档案, 如 lock, pid
    14.设定 clock
    15.serial port 初始化
    16.将开机讯息经由 dmesg 放入 /var/log/dmesg 中
　
    如此一来，在 /etc/rc.d/rc.sysinit 就已经将基本的系统设定资料都写好了，也将系统的资料设定完整！而如果你想要知道到底开机的过程中发生了什么事情呢？那么就使用第十六章学会的 dmesg 就可以知道罗
    启动核心的外挂式模组 (/etc/modules.conf)：
    由於我们的核心越来越聪明，所以呢，我们可以选择使用模组的型态 ( 这个在後面也会继续说明 ) 来进行驱动程式的载入！那么如果系统原本找不到的模组 ( 例如早期的 via-rhine 晶片组 ) 就可以在这个档案里面 /etc/modules.conf 写入呢！
    init 执行 run-level 的各个 scripts ：
    由於不同的 run-level 所需要载入的模组并不相同，所以系统早就为不同的 run-level 设定了一些批次档( scripts )来做这件事罗！而 run-level 早就在前面的时候以 /etc/inittab 当中取得罗！好了，如果你知道如何进入到 /etc/rc.d 的目录中的话，那么你将会看到该目录下应该有八个目录跟三个档案，目录 rc0.d ~ rc6.d 分别代表了各个 run-level 的 scripts ！而在这些目录中的档案都是以 S 及 K ( 大写 ) 为开头的档案，并接两位数的数字与该服务的名称所组合而成的！如下所示为 Mandrake 9.0 的 /etc/rc.d/rc3.d 的内容：
　 [root @test /root]# ll /etc/rc.d/rc3.d
   total 0
   lrwxr-xr-x    1 root     root           16 Oct 19 11:05 K55routed -> ../init.d/routed*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           18 Oct 19 10:58 S03iptables -> ../init.d/iptables*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           17 Oct 19 11:26 S10network -> ../init.d/network*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           16 Oct 19 11:26 S12syslog -> ../init.d/syslog*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           16 Oct 19 11:26 S20random -> ../init.d/random*
   lrwxrwxrwx    1 root     root           13 Oct 28 15:22 S40atd -> ../init.d/atd*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           19 Oct 19 10:59 S40saslauthd -> ../init.d/saslauthd*
   lrwxrwxrwx    1 root     root           14 Oct 19 21:28 S55ntpd -> ../init.d/ntpd*
   lrwxrwxrwx    1 root     root           14 Oct 19 12:11 S55sshd -> ../init.d/sshd*
   lrwxrwxrwx    1 root     root           16 Oct 19 12:00 S56xinetd -> ../init.d/xinetd*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           18 Oct 19 11:26 S75keytable -> ../init.d/keytable*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           17 Oct 19 11:12 S80prelude -> ../init.d/prelude*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           17 Oct 19 11:03 S85numlock -> ../init.d/numlock*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           18 Oct 19 11:35 S89internet -> ../init.d/internet*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           15 Oct 19 11:26 S90crond -> ../init.d/crond*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           17 Oct 19 11:26 S95kheader -> ../init.d/kheader*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           14 Oct 19 11:38 S99adsl -> ../init.d/adsl*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           19 Oct 19 11:04 S99linuxconf -> ../init.d/linuxconf*
   lrwxr-xr-x    1 root     root           11 Oct 19 10:41 S99local -> ../rc.local*
　
    在这个目录下的档案都是连结档，均指向到 /etc/rc.d/init.d 这个目录下，而这个 /etc/rc.d/init.d 目录则是以 Linux 的 rpm 安装方法时，设定一些服务的启动目录。举个例子来说，如果你要重新启动 sendmail 的话，而且你的 sendmail 是以 rpm 来安装的，那么下达 /etc/rc.d/init.d/sendmail restart 就可以直接启动 sendmail 罗！所以你即可知道 /etc/rc.d/init.d 里面档案的主要功能！因此，当你的 run-level 内的 scripts 要启动哪写服务呢，呵呵！就将档案连结到该 init.d 目录下的档案并加以启动即可罗！也就是说『当你以 文字模式 ( run-level=3 ) 启动 Linux 时，你的系统在经过 BIOS、 MBR、 Kernel、 init、/etc/rc.d/rc.sysinit 之後，就会进入 /etc/rc.d/rc3.d 来启动一些服务』罗！不过，需要注意的是，在 rc3.d (或其他目录下 rc0.d ~ rc6.d )目录中 S 开头的档案为执行该服务， K 为开头的档案则是杀掉该服务的意思。那么那些数字代表的意义为何？那就是启动的顺序啦！例如S12syslog 会比S90crond 更早被执行呢！那么为什么要有这些顺序呢？这是有原因的！例如您的主机有要启动 WWW 好了，那么您的网路设定应该要先启动才对吧！所以罗，如果 WWW 先启动，才驱动网路，那么 WWW 自然就一定起不来啦！所以各项服务的启动顺序也是相当重要的！目前 Mandrake 当中，可以使用 chkconfig 来设定开机要启动的服务选项呢！
    init 执行 /etc/rc.d/rc.local
    在 DOS 或 Windows 的系统中，对於 autoexec.bat 与 config.sys 这两个档案您应该不陌生吧？！这两个档案是 DOS 或 Windows 在完成开机之後，第一个要去读取的内容！那么 Linux 有没有该档案？！有的！在 Linux 系统执行完了大部分的开机程序之後，接著下来就是要执行你的 Linux 主机的个人化设定罗！举个例子来说，由於 Red Hat 7.2 预设是将 CDROM 视为一个模组启动的装置，因此你的 cdrom 将必须要载入两个模组之後才能使用，分别是 modprobe cdrom, modprobe ide-cd 这两个指令！而如果你想每次都使用 cdrom 的话，那么你每次开机都必须记得手动载入这两个模组！粉累耶....这个时候就可以将这两行指令加入到 /etc/rc.d/rc.local 当中去罗！也就是说，不论你有什么需要在开机的时候写进去的指令，都可以在这里写入喔！ ( 通常为了避免麻烦，我们都将开机完之後必须要做的几件事情，例如启动 NAT 主机的命令，使用 tarball 安装的一些软体的启动指令都写在这个档案来，那么系统开机完成之後，你所需要执行的指令也都执行完毕罗！）
    　
    前面的步骤都被主机执行之後，开机的程序就已经完全的启动完毕了！也就是说，如果你已经有网路的服务启动的话（通常在 /etc/rc.d/init.d 时就载入罗），那么你的主机已经在 Internet 上面提供服务了！所以根本就不需要你登入 Linux 系统你的主机也能正确的提供相关的服务喔！
    开机设定档 /etc/sysconfig
    不过，在开机的过程中，到底使用了多少设定档呢？呵呵！使用最多的设定档大多放置在 /etc/sysconfig 这个目录底下呢！来看一下 Mandrake 9.0 在这个设定档底下有哪些东西？
　 [root @test root]# ll /etc/sysconfig
    total 100
    -rw-r--r--    1 root     root          511 Sep 19 17:48 alsa
    -rw-r--r--    1 root     root          239 Sep 19 17:48 autofsck
    -rwxr-xr-x    1 root     root           41 Oct 19 11:39 autologin*
    -rwxr-xr-x    1 root     root           36 Oct 19 11:35 clock*
    drwxr-xr-x    4 root     root         4096 Oct 19 11:27 console/
    -rw-------    1 root     root           35 Oct 19 11:35 drakconnect
    -rw-------    1 root     root           29 Oct 19 11:35 drakconnect.adsl_pppoe
    -rw-------    1 root     root          363 Oct 19 11:35 drakconnect.netc
    -rwxr-xr-x    1 root     root          275 Oct 19 11:47 i18n*
    -rw-r--r--    1 root     root          952 Sep 19 17:47 init
    -rw-r--r--    1 root     root         1407 Sep 19 17:48 installkernel
    -rwxr-xr-x   1 root     root          446 Aug 26 23:37 ipvsadm*
    -rwxr-xr-x    1 root     root           39 Oct 19 11:27 keyboard*
    -rwxr-xr-x    1 root     root          114 Oct 18 11:43 mouse*
    -rwxr-xr-x    1 root     root           53 Oct 19 11:39 msec*
    -rw-r--r--    1 root     root            0 Sep 17 22:16 msec.rpmnew
    -rwxr-xr-x    1 root     root          100 Oct 19 13:35 network*
    drwxr-xr-x    5 root     root         4096 Oct 19 10:41 networking/
    drwxr-xr-x    2 root     root         4096 Oct 19 13:36 network-scripts/
    -rwxr-xr-x    1 root     root           10 Oct 19 11:26 pcmcia*
    -rw-r--r--    1 root     root          153 Jul 25  2000 rawdevices
    -rw-r--r--    1 root     root          336 Jul 26 20:35 saslauthd
    -rw-r--r--    1 root     root          455 Aug 14 09:30 syslog
    -rwxr-xr-x    1 root     root           56 Oct 19 11:39 system*
    -rw-r--r--    1 root     root          337 Sep 19 17:48 usb
    -rw-r--r--    1 root     root           41 Aug 22 18:11 xinetd
　
    上面具有黄色字体的哪几个项目尤其重要！
      
    clock 在设定我们 Linux 主机的时区，可以使用格林威治时间，也就是标准时间，也可以使用台湾的本地时间 ( local )；
    i18n 在设定一些语系的使用方面，例如最麻烦的文字介面下的日期显示问题！如果您是以中文安装的，那么预设语系会被选择 big5 ，所以在纯文字介面之下，你的档案日期显示就会呈现乱码！这个时候就需要更改一下这里啦！更动这个 i18n 的档案，将里面的 LC_TIME 改成 en 即可！！
    Keyboard 与 mouse 就是在设定键盘与滑鼠的形式；
    network 可以设定主机名称，以及 GATEWAY 这两个重要资讯呢！
    至於 network-scripts 里面的档案，则是主要用在设定网路卡～这部份我们在网路架设篇才再次提到！
   
    总之，这个目录下的档案都是很重要的啦！
    变换预设的登入模式
    刚刚在上面说了登入主机的方式最少有六种，不过常使用的是 run-level 3 的文字介面模式与 run-level 5 的图形介面模式！如果你在安装的过程中选择了文字介面登入，但是後来却想以图形介面登入系统，应该怎么做？！简单的很！就直接修改 /etc/inittab 这个档案的内容即可！如何做呢？！以 vi 或者是其他的文书编辑软体，进入 /etc/inittab 这个档案，档案的内容有点像这样：
    　 # Default runlevel. The runlevels used by Mandrake Linux 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:3:initdefault:
    # System initialization.
    si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
   
    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
   
    # Things to run in every runlevel.
    ud::once:/sbin/update
   
    # Trap CTRL-ALT-DELETE
    ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
    # Run gettys in standard runlevels
    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
     
    　
    在上面的资料中，将 id:3:initdefault: 里头的 3 改成 5 ，那么在下次的登入时就会变成是图形介面罗！同理，要由图形介面变成文字介面来登入时，也是将上面那行改成 3 即可！此外，不知道您有没有经验，在你的 Linux 主机当中， Linux 共提供了六个终端机介面与 一 个图形介面的登入点，你可以按下 『 Ctrl 』+ 『 Alt』 加上『F1』 ~ 『F6』 功能键 来变换不同的文字介面登入点！至於图形介面则仅使用於『 Ctrl + Alt + F7 』这一个喔！不过，如果你只想要提供四个文字介面呢？该如何是好？！呵呵！只要将上面的最後两行删掉，只剩下 1:2345:....至 4:2345:...，只剩下这四行然後重新开机之後，你的 F5 与 F6 功能键的作用就会消失罗！就这么简单啦！不过，需要注意的是，图形介面只有一个，当你使用图形介面登入时，那么将直接进入 tty7 那一个图形介面的登入萤幕喔！而当你在 tty1 输入 startx 启动 X-Windows 时，你的控制权将会跑到 tty7 （就是在 F7 功能键），此时，若您的 X-windows 挂了！那么直接按下『 Ctrl + Alt + F1 』 回到 tty1 之後，直接删除该 X-Windows 的程序即可关闭 X-Windows 罗！很不错吧！


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u/60/showart_3405.html