【Linux命令】《鸟哥Linux基础》第十九章启动流程、模块管理与Loader

第十九章 启动流程、模块管理与Loader

19.1 Linux的启动流程分析

19.1.1 启动流程一览

1. 加载BIOS的硬件信息与进行自我检测&＃xff0c;并根据设置取得第一个可启动的设备&＃xff1b;
2. 读取并执行第一个启动设备内的MBR的启动引导程序&＃xff08;就是grub2、spfdisk等程序&＃xff09;&＃xff1b;
3. 根据启动引导程序的设置加载kernel&＃xff0c;kernel会开始检测硬件与加载驱动程序&＃xff1b;
4. 在硬件驱动成功后&＃xff0c;kernel会主动调用systemd程序&＃xff0c;并以default.target流程启动。

其中第4步包括&＃xff1a;

• systemd执行sysinit.target初始化系统及basic.target准备操作系统&＃xff1b;
• systemd启动multi-user.target下的本机与服务器服务&＃xff1b;
• systemd执行multi-user.target下的/etc/rc.d/rc.local文件&＃xff1b;
• systemd执行multi-user.target下的getty.target及登录服务&＃xff1b;
• systemd执行graphical需要的服务。

19.1.2 BIOS、boot loader与kernel加载

loader最主要的功能是&＃xff1a;识别操作系统的文件格式&＃xff0c;并据以家在内核到内存中去执行。

之前好奇的一个问题&＃xff1a;安装双系统的时候&＃xff0c;都是先按照Windows&＃xff0c;在安装Linux&＃xff0c;原因如下&＃xff1a;

• 在Linux系统安装的时候&＃xff0c;你可以选择将boot loader安装到MBR&＃xff0c;也可以选择不安装&＃xff1b;如果选择安装到MBR的话&＃xff0c;那么理论上你在MBR和boot sector都会有一份boot loader的程序&＃xff1b;
• 在Windows系统安装的时候&＃xff0c;会默认主动地将MBR与boot sector都装上一份boot loader。
• Windows的loader默认不具有控制权转交的功能&＃xff0c;因此你不能使用Windows的loader来加载Linux的loader。

内核文件一般会被放置到/boot里&＃xff0c;取名为/boot/vmlinuz。

虚拟文件系统存在的意义&＃xff1a;
虚拟文件系统的特色是&＃xff0c;他也能够通过boot loader来加载到内存中&＃xff0c;然后这个文件会被解压缩并且在内存中模拟成一个根目录&＃xff0c;且此模拟在内存中的文件系统能够提供一个可执行的程序&＃xff0c;通过该程序来加载启动过程中所最需要的内核模块&＃xff0c;通常这些模块就是USB、RAID、LVM、SCSI等文件系统与磁盘接口的驱动程序。等加载完成后&＃xff0c;会帮助内核重新调用systemd来开始后续的正常启动流程。

19.1.3 第一个程序systemd及使用default.target进入启动程序分析

在内核加载完毕&＃xff0c;进行完硬件检测与驱动程序加载后&＃xff0c;此时你的主机硬件应该已经准备就绪了&＃xff08;ready&＃xff09;。此时内核会主动地调用第一个程序&＃xff0c;就是systemd。

systemd的主要功能就是准备软件执行的环境&＃xff0c;包括系统的主机名、网络设置、语言设置、文件系统格式及其他服务的启动等。所有操作都会通过systemd的默认启动服务集合&＃xff08;/etc/systemd/system/default.target&＃xff09;来规划的。

了解系统服务的启动流程&＃xff1a;

systemctl list-dependencies graphical.target


CentOS 7.x 的启动流程&＃xff1a;

1. local-fs.target、swap.target&＃xff1a;用于挂载本机/etc/fstab里面所规范的文件系统和相关的内存交换分区&＃xff1b;
2. sysinit.target&＃xff1a;检测硬件&＃xff0c;加载所需要的内核模块等操作&＃xff1b;
3. basic.target&＃xff1a;加载主要的外围硬件驱动程序与防火墙相关任务&＃xff1b;
4. multi-user.target&＃xff1a;其他一般系统或网络服务的加载&＃xff1b;
5. 图形界面相关服务&＃xff0c;如gdm.service等其他服务的加载。

19.1.4 systemd执行sysinit.target初始化系统、basic.target准备系统

sysinit.target初始化系统&＃xff1a;基本的内核功能、文件系统、文件系统设备的驱动&＃xff0c;都在这个时刻处理完毕。
basic.target准备系统&＃xff1a;加载音效驱动程序、防火墙、CPU微指令功能、启动与设置SELinux的安全上下文、将启动过程信息写入/var/log/dmesg中、加载管理员指定的模块、加载timer功能等&＃xff0c;就是一个最普通的操作系统。

chmod a&＃43;x /etc/rc.d/rc.local 赋予这个文件执行权限
这样&＃xff0c;很多脚本就可以放在/etc/rc.d/rc.local这个文件内&＃xff0c;系统每次启动都会去执行这个文件内的命令&＃xff0c;简单易用。


19.1.5 systemd启动mult-user.target下的服务

系统默认的服务启动脚本设置&＃xff1a;/usr/lib/systemd/system&＃xff1b;
管理员自己开发与设置的脚本设置&＃xff1a;/etc/systemd/system。

19.1.6 systemd启动graphical.target下面的服务

如果default.target是multi-user.target的话&＃xff0c;这一步不会执行。

让用户可以登录的服务是gdm.service。

systemctl isolate multi-user.target 从图形化界面模式切换到命令行模式
systemctl isolate graphical.target 从命令行模式切换到图形化界面模式


19.1.7 启动过程会用到的主要配置文件

关于模块的配置文件&＃xff1a;/etc/modprobe.d/*.conf&＃xff08;单纯要内核加载模块的位置&＃xff09;和/etc/modules-load.d/*.conf&＃xff08;可以加上模块参数的位置&＃xff09;&＃xff1b;

常见的环境配置文件&＃xff1a;/etc/sysconfig/*。其中&＃xff1a;

• authconfig&＃xff1a;规范用户的身份认证的功能&＃xff1b;
• cpupower&＃xff1a;主要是Linux内核如何操作CPU的原则&＃xff1b;启动后系统会让CPU以最大性能的方式运行&＃xff0c;不启动就是用多少算多少&＃xff1b;
• Firewalld、iptables-config、ebtables-config&＃xff1a;与防火墙服务的启动外带的参数有关&＃xff08;在服务器篇讲解&＃xff09;&＃xff1b;
• network-scripts/&＃xff1a;主要用在设置网卡方面。

19.2 内核与内核模块

从19.1可知&＃xff0c;在整个启动的过程中&＃xff0c;是否能够成功地驱动我们主机的硬件设备是内核的工作&＃xff0c;而内核一般都是压缩文件&＃xff0c;因此在使用内核前&＃xff0c;就得先将它解压缩后&＃xff0c;才能加载到内存中。

目前内核都是具有可读取模块化驱动程序的功能&＃xff0c;就是所谓的模块化的功能。模块化就像个插件&＃xff0c;这个插件可以由硬件开发厂商提供&＃xff0c;也可能内核本来就支持&＃xff0c;一般较新的硬件通常需要硬件开发商提供驱动程序模块。

内核与内核模块的位置&＃xff1a;

• 内核&＃xff1a;/boot/vmlinuz或/boot/vmliuz-version
• 内核加压缩所需RAM Disk&＃xff1a;/boot/initramfs或/boot/initramfs-version
• 内核模块&＃xff1a;/lib/modules/version/kernel或/lib/modules/$(uname -r)/kernel
• 内核源代码&＃xff1a;/usr/src/linux或/usr/src/kernels/&＃xff08;要安装才会有&＃xff0c;默认不安装&＃xff09;

如果内核被顺利加载到系统当中了&＃xff0c;就会有几个信息记录下来&＃xff1a;

• 内核版本&＃xff1a;/proc/version
• 系统内核功能&＃xff1a;/proc/sys/kernel

如果有个新的硬件&＃xff0c;偏偏这个操作系统不支持&＃xff0c;该怎么办&＃xff1a;

• 重新编译内核&＃xff0c;并加入最新的硬件驱动程序源代码
• 将该硬件的驱动程序编译成为模块&＃xff0c;在启动时加载该模块。

19.2.1 内核模块与依赖性

内核模块的位置&＃xff1a;/lib/modules/$(uname -r)/kernel

该目录下还有一群子目录&＃xff1a;

- arch 与硬件平台有关- crypto 内核支持的加密技术- drivers 硬件驱动程序&＃xff0c;显卡、网卡、PCI相关硬件等- fs 文件系统&＃xff0c;如vfat、reiserfs、nfs等- lib 函数库- net 与网络有关的各项协议数据&＃xff0c;还有防火墙模块等- sound 与音效有关的各项模块


内核支持的模块的各项依赖性&＃xff0c;可以通过检查/lib/modules/$(uname -r)/modules.dep这个文件来获取。

depmod [-Ane]不加任何参数时&＃xff0c;depmod会主动分析目前内核的模块&＃xff0c;并重新写入modules.dep这个文件中。-A 若加入-A参数&＃xff0c;depmod会去查找比modules.dep新的模块&＃xff0c;真的找到新模块&＃xff0c;才会更新-n 不写入modules.dep&＃xff0c;只将结果显示到屏幕-e 显示出目前已加载的不可执行的模块名称


若做好了一个网卡驱动程序a.ko&＃xff08;内核模块的扩展名一定是.ko&＃xff09;&＃xff0c;该如何更新内核依赖性&＃xff1a;

cp a.ko /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/net
depmod


19.2.2 查看内核模块

想知道自己的内核目前加载了多少模块&＃xff1a;

lsmod


想知道某个模块是啥&＃xff1a;

modinfo [-adln] [module name | filename]如&＃xff1a;
modinfo drm
modinfo a.ko


19.2.3 内核模块的加载与删除

自行手动加载模块&＃xff1a;

modprobe [-cfr] module_name-c 列出所有模块-f 强制加载该模块-r 删除某个模块modprobe vfat


modprobe是直接去查找modules.dep的记录&＃xff0c;可以解决模块的依赖性问题&＃xff0c;而且还不需要知道该模块的详细路径&＃xff0c;很方便。

使用modprobe加载cifs模块&＃xff0c;查看该模块的相关模块是哪个&＃xff1a;

modprobe cifs
lsmod | grep cifs
modprobe -r cifs 测试完后删除该模块


19.2.4 内核模块的额外参数设置&＃xff1a;/etc/modprobe.d/*.conf

如果某些特殊的需求导致你必须要让内核模块加上某些参数时&＃xff0c;重点要自己建立扩展名为.conf的文件&＃xff0c;通过options来带入内核模块参数。

19.3 Boot Loader&＃xff1a;Grub2

boot loader 是加载内核的重要工具&＃xff0c;没有它&＃xff0c;内核也就没有办法被系统加载。

现阶段Linux中最主流的boot loader是grub2。

19.3.1 boot loader的两个stage

stage1&＃xff1a;执行boot loader程序。因为MBR太小了&＃xff0c;所以MBR或启动扇区通常仅安装boot loader的最小主程序&＃xff0c;并没有安装loader的相关配置文件。

stage2&＃xff1a;主程序加载配置文件。通过boot loader加载所有的配置文件&＃xff0c;以及相关的环境参数文件。配置文件一般放在/boot下。

19.3.2 grub2的配置文件/boot/grub2/grub.cfg初探

这一节之难难于上青天&＃xff0c;使人阅后凋朱颜。

19.3.3 grub2配置文件维护/etc/default/grub和/etc/grub.d

/etc/default/grub&＃xff1a;是主要的环境配置文件&＃xff0c;包括倒数时间设置、是否隐藏选项、信息输出的终端模式、默认启动选项、内核的外加参数。

/etc/grub.d&＃xff1a;选项创建的脚本。00_head、10_linux、30_os-prober、40_custom&＃xff08;我们所能修改的&＃xff09;。

40_custom文件内容也大多在放置管理员自己想要加进来的选项项目&＃xff0c;menuentry就是一个选项。menuentry的功能如下&＃xff1a;

• 直接指定内核启动
• 通过chainloader的方式移交loader的控制权

19.4 启动过程的问题解决

19.4.1 忘记root密码的解决之道

只要能进入并且挂载&＃xff0c;然后重新设置一下root的密码&＃xff0c;就能挽回。

通过rd.break的内核参数来设置。

19.4.2 直接启动就以root执行bash的方法

不如上一节通过rd.break的内核参数来设置的方法靠谱。

19.4.3 因文件系统错误而无法启动

最容易出错的设置导致无法顺利启动的步骤&＃xff0c;通常是/etc/fstab这个文件&＃xff0c;尤其是用户在时间磁盘配额、LVM、RAID时&＃xff0c;最容易写错参数&＃xff0c;有没有经过mount -a来测试挂载&＃xff0c;就立刻重新启动。