特性介绍 | Linux 操作系统启动流程

本文首发于 2018-09-16 21:35:02

总启动流程

这部分转自：https://www.cnblogs.com/liang-io/p/9651656.html

一般来说，所有的操作系统的启动流程基本就是：

总的来说，linux 系统启动流程可以简单总结为以下几步：

1. 开机 BIOS 自检，加载硬盘。
2. 读取 MBR,进行 MBR 引导。
3. grub 引导菜单(Boot Loader)。
4. 加载内核 kernel。
5. 启动 init 进程，依据 inittab 文件设定运行级别
6. init 进程，执行 rc.sysinit 文件。
7. 启动内核模块，执行不同级别的脚本程序。
8. 执行/etc/rc.d/rc.local
9. 启动 mingetty，进入系统登陆界面。

linux 系统安装时，如果要想设置开启启动项，可以：

开机到 BIOS 提醒界面，按键 F11（Dell 服务器的做法）进入 BIOS 设置 BOOT MENU，继而设置启动项：硬盘 HD 启动，光盘 CD/DVD 启动，还是 U 盘 USB 启动。

详细流程

下面就 linux 操作系统的启动过程做一详细解析记录。

1. 加载内核

操作系统接管硬件以后，首先读入 /boot 目录下的内核文件。

[root@bastion-IDC ~]# ll /boot/
total 21668
-rw-r--r--. 1 root root   105195 Nov 22  2013 config-2.6.32-431.el6.x86_64
drwxr-xr-x. 3 root root     1024 Aug 22 16:31 efi
drwxr-xr-x. 2 root root     1024 Aug 22 16:32 grub
-rw-------. 1 root root 15217153 Aug 22 16:32 initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img
drwx------. 2 root root    12288 Aug 22 16:24 lost+found
-rw-r--r--. 1 root root   193758 Nov 22  2013 symvers-2.6.32-431.el6.x86_64.gz
-rw-r--r--. 1 root root  2518236 Nov 22  2013 System.map-2.6.32-431.el6.x86_64
-rwxr-xr-x. 1 root root  4128368 Nov 22  2013 vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64

2. 启动初始化进程

内核文件加载以后，就开始运行第一个程序 /sbin/init，它的作用是初始化系统环境。

由于 init 是第一个运行的程序，它的进程编号（pid）就是 1。其他所有进程都从它衍生，都是它的子进程。

3. 确定运行级别

许多程序需要开机启动。它们在 Windows 叫做”服务”（service），在 Linux 就叫做”守护进程”（daemon）。

init 进程的一大任务，就是去运行这些开机启动的程序。但是，不同的场合需要启动不同的程序，比如用作服务器时，需要启动 Apache，用作桌面就不需要。Linux 允许为不同的场合，分配不同的开机启动程序，这就叫做”运行级别”（runlevel）。也就是说，启动时根据”运行级别”，确定要运行哪些程序。

Linux 预置七种 init 运行级别（0-6）：

0：关机模式 （相当于 poweroff）

1：单用户模式

2：无网络支持的多用户模式

3：有网络支持的多用户模式（也就是文本模式，工作中最常用的模式）

4：保留，未使用

5：有网络支持的 X-windows 支持多用户模式（也就是桌面图形模式）

6: 重新引导系统，即重启（相当于 reboot）

init 进程首先读取文件 /etc/inittab，它是运行级别的设置文件。
如果打开它，可以看到第一行是这样的：

[root@bastion-IDC ~]# cat /etc/inittab
....
id:3:initdefault:

initdefault 的值是 3，表明系统启动时的运行级别为 3。如果需要指定其他级别，可以手动修改这个值。

那么，运行级别 3 有哪些程序呢，系统怎么知道每个级别应该加载哪些程序呢？

答案是每个运行级别在/etc 目录下面，都有一个对应的子目录，指定要加载的程序。

/etc/rc0.d
/etc/rc1.d
/etc/rc2.d
/etc/rc3.d
/etc/rc4.d
/etc/rc5.d
/etc/rc6.d

上面目录名中的”rc”，表示run command（运行程序），最后的 d 表示directory（目录）。下面让我们看看 /etc/rc3.d 目录中到底指定了哪些程序。

[root@bastion-IDC ~]# ll /etc/rc3.d/
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Aug 22 16:30 K10saslauthd -> ../init.d/saslauthd
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Aug 22 16:47 K15svnserve -> ../init.d/svnserve
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Aug 23 16:21 K25squid -> ../init.d/squid
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Dec 23 13:14 K45memcached -> ../init.d/memcached
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Aug 22 16:30 K50netconsole -> ../init.d/netconsole
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Dec 21 17:45 K60nfs -> ../init.d/nfs
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Dec 21 17:45 K69rpcsvcgssd -> ../init.d/rpcsvcgssd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Nov 24 14:45 K75ntpdate -> ../init.d/ntpdate
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Aug 22 16:31 K87multipathd -> ../init.d/multipathd
lrwxrwxrwx. 1 root root 21 Aug 22 16:30 K87restorecond -> ../init.d/restorecond
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Aug 22 16:30 K89rdisc -> ../init.d/rdisc
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Aug 22 16:31 S02lvm2-monitor -> ../init.d/lvm2-monitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Aug 22 16:31 S07iscsid -> ../init.d/iscsid
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Aug 22 16:30 S08ip6tables -> ../init.d/ip6tables
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Aug 22 16:30 S08iptables -> ../init.d/iptables
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Aug 22 16:30 S10network -> ../init.d/network
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Aug 22 16:31 S11auditd -> ../init.d/auditd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Aug 22 16:30 S12rsyslog -> ../init.d/rsyslog
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Dec 21 17:45 S13iscsi -> ../init.d/iscsi
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Dec 21 17:45 S13rpcbind -> ../init.d/rpcbind
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Dec 21 17:45 S14nfslock -> ../init.d/nfslock
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Aug 22 16:31 S15mdmonitor -> ../init.d/mdmonitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Dec 21 17:45 S19rpcgssd -> ../init.d/rpcgssd
lrwxrwxrwx. 1 root root 26 Aug 22 16:31 S25blk-availability -> ../init.d/blk-availability
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Aug 22 16:30 S25netfs -> ../init.d/netfs
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Aug 22 16:30 S26udev-post -> ../init.d/udev-post
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Oct 25 11:49 S50onealert -> ../init.d/onealert
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Aug 22 16:31 S55sshd -> ../init.d/sshd
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Oct 26 09:47 S56xinetd -> ../init.d/xinetd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Aug 22 16:30 S80postfix -> ../init.d/postfix
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Aug 22 16:30 S90crond -> ../init.d/crond
lrwxrwxrwx. 1 root root 11 Aug 22 16:30 S99local -> ../rc.local

可以看到：

字母S表示Start，也就是启动的意思（启动脚本的运行参数为 start）。

如果这个位置是字母K，就代表Kill（关闭），即如果从其他运行级别切换过来，需要关闭的程序（启动脚本的运行参数为 stop）。

后面的两位数字表示处理顺序，数字越小越早处理，所以第一个启动的程序是 motd，然后是 rpcbing、nfs……数字相同时，则按照程序名的字母顺序启动，所以 rsyslog 会先于 sudo 启动。

这个目录里的所有文件（除了 README），就是启动时要加载的程序。如果想增加或删除某些程序，不建议手动修改 /etc/rcN.d 目录，最好是用一些专门命令进行管理（参考这里和这里）。

4. 加载开机启动程序

前面提到，七种预设的”运行级别”各自有一个目录，存放需要开机启动的程序。不难想到，如果多个”运行级别”需要启动同一个程序，那么这个程序的启动脚本，就会在每一个目录里都有一个拷贝。这样会造成管理上的困扰：如果要修改启动脚本，岂不是每个目录都要改一遍？

Linux 的解决办法，就是七个 /etc/rcN.d 目录里列出的程序，都设为链接文件，指向另外一个目录 /etc/init.d，真正的启动脚本都统一放在这个目录中。init 进程逐一加载开机启动程序，其实就是运行这个目录里的启动脚本。

下面就是链接文件真正的指向：

[root@bastion-IDC ~]# ls -l /etc/rc3.d
lrwxrwxrwx. 1 root root 10 Aug 22 16:30 /etc/rc3.d -> rc.d/rc3.d

这样做的另一个好处，就是如果你要手动关闭或重启某个进程，直接到目录 /etc/init.d 中寻找启动脚本即可。

比如，我要重启 iptables 服务器，就运行下面的命令：

[root@bastion-IDC ~]# /etc/init.d/iptables restart

/etc/init.d 这个目录名最后一个字母 d，是 directory 的意思，表示这是一个目录，用来与程序 /etc/init 区分。

5. 用户登录

开机启动程序加载完毕以后，就要让用户登录了。

一般来说，用户的登录方式有三种：命令行登录、ssh 登录、图形界面登录。这三种情况，都有自己的方式对用户进行认证。

1）命令行登录：init 进程调用 getty 程序（意为 get teletype），让用户输入用户名和密码。输入完成后，再调用 login 程序，核对密码（Debian 还会再多运行一个身份核对程序/etc/pam.d/login）。如果密码正确，就从文件 /etc/passwd 读取该用户指定的 shell，然后启动这个 shell。

2）ssh 登录：这时系统调用 sshd 程序（Debian 还会再运行/etc/pam.d/ssh ），取代 getty 和 login，然后启动 shell。

3）图形界面登录：init 进程调用显示管理器，Gnome 图形界面对应的显示管理器为 gdm（GNOME Display Manager），然后用户输入用户名和密码。如果密码正确，就读取/etc/gdm3/Xsession，启动用户的会话。

6. 进入 login shell

所谓 shell，简单说就是命令行界面，让用户可以直接与操作系统对话。用户登录时打开的 shell，就叫做 login shell。

Linux 默认的 shell 是 Bash，它会读入一系列的配置文件。上一步的三种情况，在这一步的处理，也存在差异。

1. 命令行登录：首先读入 /etc/profile，这是对所有用户都有效的配置；然后依次寻找下面三个文件，这是针对当前用户的配置。

~/.bash_profile
~/.bash_login
~/.profile

需要注意的是，这三个文件只要有一个存在，就不再读入后面的文件了。比如，要是 ~/.bash_profile 存在，就不会再读入后面两个文件了。

2. ssh 登录：与第一种情况完全相同。
3. 图形界面登录：只加载 /etc/profile 和 ~/.profile。也就是说，~/.bash_profile 不管有没有，都不会运行。

7. 打开 non-login shell

老实说，上一步完成以后，Linux 的启动过程就算结束了，用户已经可以看到命令行提示符或者图形界面了。但是，为了内容的完整，必须再介绍一下这一步。

用户进入操作系统以后，常常会再手动开启一个 shell。这个 shell 就叫做 non-login shell，意思是它不同于登录时出现的那个 shell，不读取/etc/profile和.profile等配置文件。

non-login shell 的重要性，不仅在于它是用户最常接触的那个 shell，还在于它会读入用户自己的 bash 配置文件 ~/.bashrc。大多数时候，我们对于 bash 的定制，都是写在这个文件里面的。

你也许会问，要是不进入 non-login shell，岂不是.bashrc 就不会运行了，因此 bash 也就不能完成定制了？

事实上，Debian 已经考虑到这个问题了，请打开文件 ~/.profile，可以看到下面的代码：

if [ -n "$BASH_VERSION" ]; then
　　if [ -f "$HOME/.bashrc" ]; then
　　　　. "$HOME/.bashrc"
　　fi
fi

上面代码先判断变量 $BASH_VERSION 是否有值，然后判断主目录下是否存在 .bashrc 文件，如果存在就运行该文件。

第三行开头的那个点，是 source 命令的简写形式，表示运行某个文件，写成”source ~/.bashrc”也是可以的。

因此，只要运行～/.profile文件，～/.bashrc文件就会连带运行。但是上一节的第一种情况提到过，如果存在～/.bash_profile文件，那么有可能不会运行～/.profile文件。解决这个问题很简单，把下面代码写入.bash_profile就行了。

if [ -f ~/.profile ]; then
　　. ~/.profile
fi

这样一来，不管是哪种情况，.bashrc都会执行，用户的设置可以放心地都写入这个文件了。

Bash 的设置之所以如此繁琐，是由于历史原因造成的。早期的时候，计算机运行速度很慢，载入配置文件需要很长时间，Bash 的作者只好把配置文件分成了几个部分，阶段性载入。系统的通用设置放在 /etc/profile，用户个人的、需要被所有子进程继承的设置放在.profile，不需要被继承的设置放在.bashrc。

顺便提一下，除了 Linux 以外， Mac OS X 使用的 shell 也是 Bash。但是，它只加载.bash_profile，然后在.bash_profile 里面调用.bashrc。而且，不管是 ssh 登录，还是在图形界面里启动 shell 窗口，都是如此。

附：启动流程的思维导图

图片转自：https://mm.edrawsoft.cn/template/12597

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