linux文件系统启动流程、启动脚本

linux文件系统启动流程、启动脚本

下面是一张Linux启动流程图：

在了解启动流程之前，我们应该先知道系统的几个重要脚本和配置文件，他们对应的路径为：

1. /sbin/init

2. /etc/inittab

3. /etc/rc.d/rc.sysinit

4. /etc/rc.d/rcN.d //这是几个文件夹N代表数字1,2,3,4..

5. /etc/fstab

1.关于/sbin/init与/etc/inittab

关于/sbin/init ，它是一个二进制可执行文件，为系统的初始化程序，而/etc/inittab是它的配置文件，我们可以通过/etc/inittab来一睹 它的功能， 里面的内容是一种固定的文本格式，id:runlevels:action:process

我们来通过它的内容来学习它之前，先了解写运行级别的分类（0-6）：

0： 关机 half

1： 单用户模式 singel user

2： 多用户模式 multi user , 不提供nfs服务 without nfs

3： 完全多用户字符模式 full multiuser text mod

4： 系统预留 officially undefined

5： 图形登录界面 graphical login

6： 重启 reboot

1. id:3:initdefault:                             //这里定义linux的启动时的运行级别，可以看到我主机的启动级别是3
2. # System initialization.
3. si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit     //紧接着，运行系统第一个脚本/etc/rc.d/rc/sysinit
4. //它的action:sysyinit指的是定义系统初始化过程
5. l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
6. l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
7. l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2                  //然后就是加载服务了，他们被定义在/etc/rc.d/rcN.d
8. l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3                  //action：waite 这个进程在在对应级别启动一次，直到它结束为止，我的系统启动级别为3，所有执行rc 3对应的服务
9. l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
10. l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
11. l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
12. ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now     //这里定义了一个组合快捷键，熟悉吧，没错就是重启，你可以把它注释掉不用
13. pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"  //这里定义了ups电源，powerfail 指的是如果突然断电，它对应的process命令是，提示用户系统电源失效，将要关机，提醒用户把数据都存储好
14. pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"  //这里的action,powerokwaite，指的是系统恢复供电，关机取消...
15. 1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1           //开启终端，在系统准备工作做好后，就会启动出6个终端，tty1～6 mingetyy就是终端的执行命令
16. 2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2           //可以看到他们对应的级别是2345，你也可以注释掉几个，这样启动后，就会开启你指定个数的终端...
17. 3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3           //这里的动作respawn意思是如果用户关闭，那么这个进程会立刻再次执行
18. 4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
19. 5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
20. 6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
21. x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon       //当一切准备完毕，就会运行守护进程，它是不分运行级别的，同样也是respawn

2. 关于etc/rc.d/rc.sysinit 和 /etc/rc.d/rc.Nd

在inittab文件中，我们了解到rc.sysinit是系统运行的第一个脚本，那么它的作用都有哪些呢？如果有shell脚本基础的话可以用vim打开这个文件来看看，它有900多行...是linux里最牛的脚本，总结下它的作用，有如下几点：（一定要牢记，必要时我们要重写它！）

1. 激活udev和selinux

2. 通过读取/etc/sysct1.conf来设置内核参数

3. 设置系统时钟

4. 设置键盘映射

5. 启动交换分区。

6. 设置主机名

7. 检查根文件系统，如果没有错误，以读写的方式来重新挂载文件系统 (重要)

8. 激活raid和lvm设备

9. 启动磁盘限额

10 挂载其他/etc/fstab里定义的尚未被挂载的设备

11. 清理过时的文件锁和PID文件

12. 启动服务/etc/rc.d/rcN.d

/etc/rc.d/rcN.d 是一个存放了系统启动是加载的服务的文件夹，通过inittab，我们知道了，它的编号对应相应的启动运行级别。

需要说明的是，它里面的文件，以我的为例 以K开头的代表stop，以S开头的代表启动start，数字越小，有限级别越高

1. [root@server69 rc.d]# cd rc3.d
2. [root@server69 rc3.d]# ls
3. K01dnsmasq         K74nscd             S08ip6tables    S25bluetooth   S85gpm
4. K02avahi-dnsconfd  K85mdmpd            S08iptables     S25netfs       S90crond
5. K02NetworkManager  K87multipathd       S08mcstrans     S25pcscd       S90xfs
6. K05conman          K88wpa_supplicant   S10network      S26acpid       S95anacron
7. K05saslauthd       K89dund             S11auditd       S26apmd        S95atd
8. K10psacct          K89netplugd         S12restorecond  S26haldaemon   S97rhnsd
9. K20nfs             K89pand             S12syslog       S26hidd        S97yum-updatesd
10. K24irda            K89rdisc            S13irqbalance   S28autofs      S98avahi-daemon
11. K35vncserver       K99readahead_later  S13portmap      S50hplip       S99firstboot
12. K35winbind         S00microcode_ctl    S14nfslock      S55sshd        S99local
13. K50ibmasm          S02lvm2-monitor     S15mdmonitor    S56cups        S99smartd
14. K50netconsole      S04readahead_early  S18rpcidmapd    S56rawdevices
15. K69rpcsvcgssd      S05kudzu            S19rpcgssd      S58ntpd
16. K73ypbind          S06cpuspeed         S22messagebus   S80sendmail

3./etc/fstab文件

它定义了系统初始化挂载的设备，对系统的启动至关重要，rc.sysinit通过读取它来实现系统分区的挂载

它的内容如何呢？我们一起来看下

要挂载的设备 挂载点 文件系统类型 挂载选项 转储频率 文件自检次序

1. /dev/sda2               /                       ext3    defaults        0 0
2. /dev/sda1               /boot                   ext3    defaults        0 0
3. sysfs                   /sys                    sysfs   defaults        0 0
4. proc                    /proc                   proc    defaults        0 0

我截取了4个系统启动时必须挂载的设备

/ 根文件目录,由它你才可以进入linux的世界，它在/dev/sda2里

/boot 启动目录，在/下，里面有grub，initrd和系统内核，它在/dev/sda1

sysfs 一个虚拟的文件系统，产生包含所有硬件层次视图，和/proc类似

proc 这是一个虚拟的目录，它映射内存里的信息对应进程信息，也就是说它对应的是内存而不是硬盘

好了，了解了这些文件和目录的作用，我们在回过头来看那张流程图：

1. linux开机从POST加电自检开始,当自检完成，读取第一个硬盘的第0个磁头里的前446个字节，运行里面的bootloader，linux一般   用的是grub。
2. 通过grub传递参数给内核，初始化加载内核过程，内核调用initrd（小型内存文件系统，五脏俱全，是一个微型linux），通过     initrd，以只读方式挂载根文件系统
3. 当根文件系统被挂载后，就会读取并运行/sbin/init来进行初始化工作。
4. 按次序依次执行/rc/sysinit ，这个时候会重新以读写的方式挂载根文件系统
5. 读取/etc/rc.d/rcN.d/来启动以s开头的服务，停止以k开头的服务
6. 当一切准备完毕，打印终端，出现熟悉的Login界面！（当然，如果你是以5级别启动的话，Linux就会启动图形界面～）

运行一个linux系统需要三项内容：
   1，kernel, 内核，一些核心的代码块，如进程管理，它要求体积很小。
   2，initrd, 进入系统所需预告加载的硬件驱动module的一个最小集。当GRUB加载kernel时，kernel会在内存中将initrd文件mount到rootfs上激活，然后kernel照着initrd中的init一步一步地加载驱动。在initrd文件中所放入的模块，必须是与操作系统同一版本kernel所编译的模块。init脚本的工作流程是：
      initrd的参考文档可见：
      1） Linux initial RAM disk (initrd) overview, http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-initrd/index.html
      2)  NTTdocomo-openstack / baremetal-initrd-builder， https://github.com/NTTdocomo-openstack/baremetal-initrd-builder
      2.1, nash指令（一个文件小，内置了一些实用的指令）
      2,2 挂载主要的文件系统, 并建立设备文件所需的文件系统
         mount -t proc /proc /proc
         mount -t sysfs /sys /sys
            2.2.1，procfs映射着内存中的一个虚拟目录，用于提供硬件、进程的实时信息，会随时变动。linux为保证稳定性，不允许访问/proc下的文件，root用户也不例外。
            2.2.2, sysfs也映射着内存中的一个虚拟目录，用于硬件信息的分类, sys目录的每一个文件都只有一个字符为内容来做开关的。
            2.2.3, tmpfs也映射着内存中的一个虚拟目录，内存中的文件系统。想要速度快时，可以选择在内存建立tmpfs类型的文件系统，因为它都将建在内存中。
                   例如在内存中建立了一个tmpfs分区并挂载到/mnt/tmpfs目录 ：mount -t tmpfs -o size=50M tmpfs /mnt/tmpfs/
                        [root@zhanghua proc]# df -h
                        Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
                        tmpfs            50M     0   50M   0% /mnt/tmpfs
            2.2.4, /dev/shm，它是tmpfs的一种变种，tmpfs所有的内容所放在内存中，而/dev/shm在内存与文件系统有个映射，硬盘和内存中都会有这内容。
                  速度快，能存大于内存的文件，但重启之后，内容会消失。
                  下面显示在/dev/shm中建立文件与在普通ext4文件系统建文件的速度比较：
                        [root@zhanghua proc]# time dd if=/dev/zero of=/dev/shm/test.file bs=1M count=100
            100+0 records in
            100+0 records out
            104857600 bytes (105 MB) copied, 0.0395221 s, 2.7 GB/s

real    0m0.075s
            user    0m0.001s
            sys    0m0.041s
            [root@zhanghua proc]# time dd if=/dev/zero of=/bak/test.file bs=1M count=100
            100+0 records in
            100+0 records out
            104857600 bytes (105 MB) copied, 0.0647526 s, 1.6 GB/s

real    0m0.090s
            user    0m0.001s
            sys    0m0.066s
            2.2.5，devfs, 所有的device都会在/dev目录建立一个对应的设备文件.
                   缺点是例如即使打印机没连在计算机上，/dev/printer文件也会存在，这样会造成在intrd阶段的设备过多，所以devfs正在被udev所取代
                   例如要用光驱时，需先在linux与光驱之间通过 mount /dev/cdrom /mnt/命令做关联
            2.2.6, udev, udev可以放在/sys目录下，不需要将所有未使用的文件建立设备文件，不再需要major number和minor number，当硬件被加载时可执行用户设置的script。
                   例如，如果/dev/cdrom是被udev建立的，而非devfs，那么当光驱被拨除时，/dev/cdrom文件就会消失。
            2.2.7，/proc/PID文件，第一个进程都会对应这要闰个文件
            2.2.8，/proc/partitions用来表示检测到的硬盘信息, major字段表示SCSI controller的slot ID，minor字段表示分区ID。
                  #[root@zhanghua proc]# cat /proc/partitions  
           major minor  #blocks  name
               8        0  488386584 sda
               8        1   82051956 sda1
            2.2.9, /sys/block，块设备
                  ＃[root@zhanghua proc]# cat /sys/block/
                    loop0/ loop1/  sda/   sr0/
            2.2.10, /dev/pts ( pseudo terminal slave) 副虚拟终端，其目录的文件都是由ptmx(主虚拟终端）产生的，它们是父子关系。当用ssh联机到localhost本地端之后，就会在
                   /dev/pts目录下产生一个叫做"0"的文件，当别的console也利用ssh联到这台机器时，就会出现“1“.
                  [root@zhanghua proc]# ps -ef|grep ssh
                   hua      11186  3068  0 16:01 pts/0    00:00:00 ssh hua@localhost  
                   hua      11195 11187  0 16:01 ?        00:00:00 sshd: hua@pts/3
                   如上，当一个用户以ssh登录之后，该用户就分到一个ptmx所赋予的pts资源（pts/3)，所以说ssh使用的是虚拟终端，不是真正的tty接口。telnet用的则是真正的tty接口。
            2.2.11, /dev/mapper，如果使用LVM后，linux要和硬盘打交道时不再直接使用/proc/partitions下的硬盘设备，而是使用/dev/mapper下的设备再去中转。
                    # ls -l /dev/mapper/*
                      brw-rw---- 1 root disk 253, 0 jan 27 16.16  /dev/mapper/vg0-lv0
                    # cat /proc/partitions
                      major minor #blocks name
                       8     0     17528  sda
                       253   0     1111   dm-0
      3，建立最初所需使用的设备文件
         设备文件使用mknod指令建立，mknod指令用来建立字符(character)或块（block）文件。
         例：mknod /dev/tty1c41, 建立一个名为tty1的设备文件，c表示是字符文件，major=4, minor=1
      4，加载相关模块
      5，切入image所指示的硬盘中实体操作系统. (rescue mode是直接通过kernel加载initrd进入单纯的内存开机的虚拟操作系统)
         5.1, mkrootdev -t ext4 -o defaults.ro hda1, 即nash指令会将GRUB中所设备的root=xxx中的xxx路径先建立好
         5.2, mount /sysroot, 将GRUB中的root路径mount到initrd中的/sysroot下。
         5.3, switchroot这个nash指令将initrd中的/sysroot文件系统切换成/rootfs，从而切换到了硬盘中的文件系统。
   3，image, 操作系统的image文件系统，当initrd被加载后，必须为用户与文件系统牵线。
   4, init进程，在切入到用户操作系统之后，首先执行linux的init进程（pid=1), init进程再去加载/etc/rc.d/init.d/functions从而启动服务。
      关于启动级别与init进程的事儿，也可参见我的另一博文件，Linux的运行级别与解决开机故障一例 ( by quqi99 )， http://blog.csdn.net/quqi99/article/details/7436926
   5, 系统管理
      5.1, 查看CPU信息 cat /proc/cpuinfo
      5.2, 查看内存， cat /proc/meminfo 或者 free -m
      5.3, 查看usb, lsusb
      5.4, 查看PCI, lspci
      5.5, 查看开机日志， dmesg |grep -i error

本文讲的是如何编译kernel，接下来也会研究如何制作initrd与image.
   最好使用普通用户执行下面所有操作。
1，下载内核源码
   git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git
   用git tag查看版本，将并代码切换到v3.8-rc5下， git checkout v3.8-rc5
2，配置内核(有点类似于./configure), 配置前先安装一个依赖包， sudo yum install ncurses-devel，
   make menuconfig
   说明一下，内核的配置项是三选一，yes, no, 或module。yes, no意味着直接将该特性编译或不编译到内核中，module意味着以模块形式编译，模块意味着你开机会可以通modprobe命令动态加载或卸载。
   我在这里选择的默认配置，生成的配置位于根目录下的.config文件之中。
   如果你在一个老的配置文件上更改配置的话，可以用make oldconfig命令比较与之前的配置文件的差异来验证你配置的正确性。
3，执行make命令编译，
   make
   说明一下，这条命令实际上已经包括了下面的命令：
   1）确定依赖性 make dep
   2)清理编译中间文件，make clean
   3)编译内核, make bzImage
   4)生成模块, make modules
4, 安装模块，下列命令会将模块自动安装到/lib/modules/3.8.0-rc5/目录下.
   sudo make modules_install

5, 安装内核及initrd，人工将arch/x86/boot/bzImage的内核文件拷到/boot目录即可。
   sudo cp arch/x86_64/boot/bzImage /boot/vmlinuz-3.8.0-rc5
   sudo chmod a+x vmlinuz-3.8.0-rc5

sudo update-initramfs -u -k version

sudo update-grub -o /boot/grub/grub.cfg
   注意：以vmlinuz-<version>这样命名它。

上述三步等价于make install， 但make install在自动执行update grub命令时有时候会破坏你的grub文件，特别对于进行PGP加密过的硬盘。

6，「可选」，安装符号表，只有调试时才需要用到。符号表System.map用以将内核符号和它们的起始地址对应起来，调试的时候，如果需要把内存地址翻译成容易理解的函数名和以及变量名，就会很有用。

sudo cp System.map /boot/System.map-3.8.0-rc5
7, 建立initrd文件
   sudo mkinitrd --with=ntfs -o /boot/initrd-linux3.8.0-rc5.img 3.8.0-rc5
   以上mkinitrd命令是参照现有系统的/etc/modprobe.conf和/etc/fstab文件创建一个全新的initrd, 用--with=ntfs会从/lib/modules/3.8.0-rc5目录将ntfs模块也做到initrd里去。

那如何要从头开始做一个initrd呢？
   1) 可以用 sudo zcat initrd-linux3.8.0-rc5.img | cpio -id 命令解压 ( initrd文件是以ext2作为文件系统中，所以可以用mount -o loop initrd.img /mnt命令加载.)
   2) 然后将模块ntfs.ko加到相应的目录，如lib/modules/3.8.0-rc5/kernel/fs/ntfs目录
   3) 将ntfs.ko模块加到init脚本
   4) 重新压缩，find | cpio -co | gzip -9 > initrd-new.img

8, 更新grub, 编译/etc/grub/grub.conf文件，添加下面内容，注意千成不要用update grub命令来更新grub哦，这可能会导致你的双系统无法用。
   menuentry 'Fedora，Linux 3.8.0' --class fedora --class gnu-linux --class gnu --class os {
        set root='(hd0,msdos9)'
        linux   /boot/vmlinuz-3.8.0-rc5 root=/dev/sda10 ro   quiet splash
        initrd /boot/initrd-linux3.8.0-rc5.img
   }

也可以在开机时按e进入grub编辑模式，再按e一次进入kernel的设置界面:
   grub> root (hd0,msdos9)
   grub> kernel /boot/vmlinuz-3.8.0-rc5 ro root=/dev/sda9 acpi=off （注意，kernel在前的grub>光标后一定要空一行）
   grub> initrd /boot/initrd-linux3.8.0-rc5.img

grub> boot