前言，本來讓我寫博客我是拒絕的
然而看見大家都在寫，還能不能一起友好的玩耍了？
一、Linux啓動內核文件
1.Linux系統組成
動態視角：內核+根文件系統
靜態視角：磁盤分區+相關文件
2.Kernel特點
(1)支持某塊化：.ko (kernel object)文件
centos7的ko文件：
centos6的ko文件：
注意：
Linux內核模塊文件的命名方式通常爲<模塊名稱.ko>
centos6系統的內核模塊被集放在/lib/modules/'uname -r '/目錄下
centos7系統的內核模塊被集放在/usr/lib/modules/'uname -r '/目錄下
(2)支持模塊運行時動態裝載或卸載；
模塊的相關命令：
a)加載模塊：insmod modprobe
insmod和modprobe的區別
當a模塊與b模塊有依賴關係時，假設安裝b模塊需先安裝a模塊。
如果用insmod命令那麼需要先insmod a.ko 然後再insmod b.ko。
如果用modprobe命令那麼直接可以modprobeb.ko。
其中/lib/modules/“內核版本號”/modules.dep中記錄了模塊之間的依賴關係。
通過modprobe加載的內核均在當前的計算機內有效，計算機重新啓動後需要重新加載纔有效。
如果想要開機後自動掛載內核，需要將modprobe命令寫入/etc/rc.sysint文件中
b)卸載模塊：rmmod modprobe -r
rmmod：只需要調用模塊名即可，比如安裝的時候是inmod a.ko 安裝完畢後該模塊存在於內核中的名字爲a，那麼卸載該模塊只需要rmmod a即可。
[root@openstack01 ~]# modprobe ip_vs #動態加載ip_vs模塊 [root@openstack01 ~]# lsmod |grep ip_vs #查看模塊是否加載成功 ip_vs 125220 0 libcrc32c 1246 1 ip_vs ipv6 317340 289 ip_vs [root@openstack01 ~]# modprobe -r ip_vs #卸載動態模塊 [root@openstack01 ~]# lsmod |grep ip_vs #模塊已經卸載乾淨
c)查看模塊：lsmod
輸出三列信息
分別爲模塊 佔用內存 是否被調用
如果第三列爲0則該模塊可以隨時可以卸載。
總結：Linux kernel在單內核設計模型上，吸取了多內核設計的優點，使用了模塊化設計
單內核設計：把所有功能集成於同一個程序；如Linux
微內核設計：每種功能使用一個單獨的子系統實現；如Windows, Solaris
3.kernel組成
(1)核心文件
1)/boot/vmlinuz-VERSION-release
注： vmlinuz最後一一個z表示壓縮格式的kernel文件
2)ramdisk(中間臨時文件根系統，動態創建出來的，使用緩衝和緩存來加速對磁盤上的文件訪問)
安裝操作系統後臨時生成的文件，能夠掃描當前操作系統的硬盤驅動，裝載對應的模塊
用於實現系統初始化的基於內存的磁盤設備，把內存中的一段空間當內存使用
CentOS 5：/boot/initrd-VERSION-release.img
工具程序：mkinitrd
CentOS 6,7：/boot/initramfs-VERSION-release.img
工具程序：dracut, mkinitrd
注意：
a)不是必須的，當自編譯內核時候知道硬盤接口時候將硬盤驅動編譯進kernel，ramdisk就不用了
b)initrd,基於ramdisk的磁盤映像文件；initramfs,基於ramdisk的文件系統
initrd啓動該後用free查看memory時候，有一段空間被buffers和cached佔用，二次緩存
從2.6內核開始，initrd.img採用cpio壓縮，不再是2.4內核使用的ext2格式，無法使用mount -o loop 掛載。需要使用gunzip解壓縮，然後再使用cpio解包
cpio命令： cpio - copy files to and from archives -i, --extract Extract files from an archive (run in copy-in mode) 將打包文件解壓或者將設備上的備份還原到系統。 -v, --verbose Verbosely list the files processed 顯示打包過程中的文件名稱。 -o, --create Create the archive (run in copy-out mode) 將文件拷貝打包成文件或者將文件輸出到設備上。 -d, --make-directories Create leading directories where needed 在cpio還原文件的過程中，自動的建立相應的目錄。 -m, --preserve-modification-time Retain previous file modification times when creating files 在創建文件時保留以前的文件修改時間
(2)img文件壓縮及解壓
centos7的initrd文件解壓流程：
centos6的initrd文件解壓流程：
(3)img文件掛載方法
在linux中，對於img文件（例如，虛擬機的img文件），有時候需要將其掛載，以便修改其中的內容。能不能將它像iso文件一樣掛載呢？
使用kpartx命令：
kpartx - Create device maps from partition tables -a Add partition mapping -d Delete partition mappings -l List partition mappings that would be added -a -p set device name-partition number delimiter -f force creation of mappings; overrides ’no_partitions’ feature -g force GUID partition table (GPT) -s sync mode. Don’t return until the partitions are created -v Operate verbosely
（然並卵，我在centos6和centos7失敗）
據說這樣使用： kpartx -av xxx.img mount /dev/mapper/loop0p1 /mnt
(4)模塊文件：/lib/modules/VERSION-release(與內核版本發行號相同的目錄)/*
arch ：與平臺相關的特有代碼，專有的彙編級的代碼
crypto：加密解密組件
drivers：驅動程序
fs ：文件系統
kernel ：內核自己追蹤用到的文件
lib：庫文件
mm：內存管理功能，memory manage
net：網絡功能
sound:和聲音相關的驅動程序，單獨放出來，因爲有很多與聲音相關的解碼器
二、CentOS系列PC架構MBR主機啓動流程
POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader (MBR) --> Kernel(ramdisk) --> rootfs --> switchroot --> /sbin/init -->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 設定運行級別 --> 系統初始化腳本 --> 關閉或啓動對應級別下的服務 --> 啓動終端
1.POST：加電自檢，檢查硬件設備是否存在
用於實現POST的代碼在主板上ROM(CMOS)芯片上
BIOS：Basic Input and Output System 基本上輸入輸出系統，固化在ROM芯片上
POST(PowerOnSelfTest)首先對每一個設備進行檢查。完成後會尋找存有引導記錄的設備，找到後讀入操作系統引導記錄，然後將系統控制權交給引導記錄，並由引導記錄來完成系統的順利啓動。
2.Boot Sequence：
按次序查找各引導設備，第一個有引導程序的設備即爲本次啓動要用到的設備；
3.MBR引導，bootloader：引導加載器，程序；
MBR(Master Boot Record) MBR記錄一般是在磁盤 0 磁道 1 扇區，共512個字節。前446個字節是BootLoder，後 4*16 的 64 個字節是存放分區信息的，最後 2 個字節是校驗信息，一般是 55AA。
提供一個菜單，允許用戶選擇要啓動的系統或不同的內核版本； 把用戶選定的內核裝載到RAM中的特定空間中，解壓、展開，而後把系統控制權移交給內核；
(1)Windows上引導加載器：ntloader
(2)Linux上引導加載器：
1)LILO：短小精悍的linux加載器，1024柱面之後無法加載，現在多用於安卓手機啓動
2)GRUB：Grand Uniform Bootloader統一引導加載器
GRUB 0.X(CentOS 5/6)：Grub Legacy
GRUB 1.X(CentOS 7)：Grub2,完全重寫，設計理念上很大改變
GRUB（GRand Unified Bootloader）加載內核，就是MBR中的前 446 個字節，是BooTLoader的一種，它的作用是要選擇要啓動的內核。
1）GRUB程序的組成：
centos6：
主要是由device.map，menulst，stage1,stage2,以及一系列的stage1_5組成。對於這些部分我的理解是這樣：
device.map：存放的是內核文件的根分區
menu.lis：是grub.conf的鏈接文件，但是這個名字我覺得更與它的功能接近，就是菜單列表。裏賣弄設置了可以選擇的內核菜單。存放於stage2中。
stage：用於grub引導程序過大，所以分2段引導，第一段存放在MBR中，第二段存放於內核文件系統中，第一段引導完成後可以找到 第二段。 但是，第二段是存放於內核文件系統中的，此時還沒有格式化文件系統，如何可以訪問到第二段的 menu.lst 呢？？就需要藉助於中間層 stage1_5，有它來協助 stage1 段來訪問 stage2 段。stage1_5通常位於 stage1 字段後的 63 個扇區。 由於stage2 在內存中存放可以使用的文件系統不確定，所以這就是有多個 stage1_5 的原因了。
2）grub.conf 文件參數意義
default=0 # 默認啓動的內核title, 0 表示是第一個
timeout=5 # 默認等待時間
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz # 指定菜單的背景圖片的路徑。爲xpm格式，採用gzip壓縮，只能爲14bits色
hiddenmenu # 隱藏菜單
title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64) # 標題名，用戶可自定義
root (hd0,0) # 指定 grub 的根位置
# 指定 kernel 文件的位置，還要指出 root（系統啓動後） 的位置，掛載方式 ro，這項很關鍵。
# 加載後會啓動 init 進程。
kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=17df3f60-a2a2-4de3-bdeb-b6fb4950d848 rd_NO_LUKS KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us
LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 rd_NO_LVM crashkernel=auto rhgb quiet rd_NO_DM rhgb quiet
# 在內核啓動過程中裝載根文件系統時有用
initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img
# initramfs 是以 gzip 壓縮的 cpio 格式的文件。內核啓動時將他作爲一個臨時的根文件系統。 # grub 的 stage2 將initrd加載到內存裏，讓後將其中的內容釋放到內容中， # 內核便去執行init腳本，這時內核將控制權交給了init文件處理。 # init 它也主要是加載各種存儲介質相關的設備驅動程序。當所需的驅動程序加載完後， # 會創建一個根設備，然後將根文件系統rootfs以只讀的方式掛載。 # 這一步結束後，釋放未使用的內存，轉換到真正的根文件系統上面去，同時運行/sbin/init程序， # 執行系統的1號進程。此後系統的控制權就全權交給/sbin/init進程了。
Linux內核在初始化之後會執行init進程，而init進程會掛載我們的根文件系統，但由於init程序也是在根文件系統上的，所以這就有了悖論。
Linux採用兩步走的方法來解決這個問題。
Linux2.6 版以前的方法是：除了內核vmlinuz之外還有一個獨立的initrd.img映像文件，其實它就是一個文件系統映像，linux內核在初始化後會 mount initrd.img作爲一個臨時的根文件系統，而init進程就是在initrd.img裏的，然後init進程會掛載真正的根文件系統，然後 umount initrd.img。
但Linux2.6內核的實現方式卻不太一樣，雖然完成的功能是一樣的。Linux2.6採用initramfs。 initramfs：init ram filesystem，它是一個cpio格式的內存文件系統，製作的方法有兩個，一個是http://blog.csdn.net/htttw/article/details/7215858介紹的，但這樣做出來的initramfs是和內核vmlinuz分開的，因此我們需要在grub裏寫上initramfs的路徑。
而另 一種方法是把內核和initramfs製作在一起成爲一個文件，方法是在linux源碼make menuconfig，然後General setup-->選擇Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support，然後在Initramfs source file(s)裏輸入我們的initramfs目錄，然後make bzImage。這種方法做出來的內核就只有一個文件，不需要指定initramfs了。
從2.6內核以後真正的內核文件是initramfs開頭的！！initrd開頭的注意後面的結尾dump，可能是原始備份的
centos7：
3）grub的功能
(1)提供菜單，並提供交互式接口
(2)選擇要啓動的內核或系統
允許傳遞引導參數給內核
選擇界面可隱藏
# 可以自啓動是通過 grub 像內核傳遞參數。 # 應用之一是：修改 root 密碼（忘記密碼），使用 e 選項，傳遞單用戶指令。
centos7：
centos6：
(3)爲編輯功能提供保護機制
啓用內核文件
選擇運行指定的內核得先輸入密碼
傳遞參數
使用e命令得先輸入密碼
[root@openstack01 ~]# grub-md5-crypt Password: Retype password: $1$32hfn$HcmdhoMIJvGir.2hNKz8W0 # 上面是生成的加密字符串 # 然後將信息加入到 grub.conf 文件中，格式如下： password --md5 $1$32hfn$HcmdhoMIJvGir.2hNKz8W0 # 當然加入 grub.conf 文件的位置不同，加密效果也不一樣。 # 加入到 title 之前的話，會加密整個菜單。 # 加入到 title 指內的話，會加密對應的操作系統的入口。
4.Kernel實現功能
kernel自身初始化，實現功能
---> 探測可識別到的所有硬件設備；
---> 加載硬件驅動程序；（有可能會藉助於ramdisk加載驅動）
---> 以只讀方式掛載根文件系統；
---> 運行用戶空間的第一個應用程序：/sbin/init
5./sbin/init管理用戶空間服務進程
init程序的在不同CentOS版本上類型：
CentOS 5及以前：SysV init 配置文件：/etc/inittab
CentOS 6：Ubantu研發的Upstart 配置文件：/etc/inittab /etc/init/*.conf
CentOS 7：Systemd 配置文件：/usr/lib/systemd/system/, /etc/systemd/system/
(1)CentOS 5：
SysV init，配置文件：/etc/inittab
[root@openstack01 ~]# cat /etc/inittab id:3:initdefault: 此處 表示默認啓動級別爲3文本界面，不能爲0級別 /etc/inittab文件：每行定義一種action 以及與之對應的process 格式：id:runlevels:action:process id：一個任務的標識符； runlevels：在哪些級別啓動此任務；#，###，若此處爲空則表示所有級別； action：在什麼條件下啓動此任務； wait：等待切換至此任務所在的級別時執行一次； respawn：再次發起；此任務終止，就自動重新啓動； initdefault：設定默認運行級別；此時process會省略，不是設定任務，而是默認啓動級別； sysinit：設定系統初始化方式，此處一般爲指定/etc/rc.d/rc.sysinit腳本(CentOS5和6用到，7無)； process：任務；
(2)CentOS 6：
init程序：upstart，但依然爲/sbin/init，
其配置文件： /etc/init/*.conf, /etc/inittab（僅用於定義默認運行級別）
注意：*.conf爲upstart風格的配置文件；各功能切割成片段
init-system-dbus.conf：主要在哪兒啓動服務的配置文件
rcS.conf: 系統初始化腳本
start-ttys.conf：啓動時的終端數量
rc.conf：啓動服務的配置文件
系統初始化首先從/etc/init/rcS.conf開始
end script exec /etc/rc.d/rc.sysinit
rcS.conf裏面有這樣行，表明這個rcS.conf執行完後纔開始執行rc.sysinit配置文件
更改默認tty數量文件：
(3)CentOS 7：不需要任何啓動腳本
init程序：systemd，配置文件：/usr/lib/systemd/system/*, /etc/systemd/system/*
完全兼容SysV腳本機制；因此，service命令依然可用；不過，建議使用systemctl命令來控制服務；
# systemctl {start|stop|restart|status} name[.service]
6.啓動運行級別初始化控制：/etc/rc.d/rc#.d
(1)系統運行級別：爲了系統的運行或維護等目的而設定的機制；
0-6：共7個級別；
0：關機, shutdown
1：單用戶模式(single user)，root用戶，無須認證；維護模式；
2：多用戶模式(multi user)，會啓動網絡功能，但不會啓動NFS；維護模式；
3：多用戶模式(mutli user)，完全功能模式；文本界面；
4：預留級別：目前無特別使用目的，但習慣以同3級別功能使用；
5：多用戶模式(multi user)， 完全功能模式，圖形界面；
6：重啓，reboot
1) 默認級別：3, 5
2) 級別切換：init #
3) 級別查看命令：who -r ； runlevel
(2)/etc/rc.d目錄
1)rc #腳本：接受一個運行級別數字爲參數；當級別切換時啓動或關閉服務
K*：要停止的服務；
K##*，優先級，數字越小，越是優先關閉；依賴的服務先關閉，而後關閉被依賴的；
S*：要啓動的服務；
S##*，優先級，數字越小，越是優先啓動；被依賴的服務先啓動，而依賴的服務後啓動；
注意：按照glob通配，數字越小排在前面
注意：開機時啓動的服務，越早開啓，關閉的時候越靠後
2)/etc/rc.d/rc腳本框架(vim /etc/rc.d/rc)
關閉服務腳本：
for i in /etc/rc$runlevel.d/K* ; do
# Check if the subsystem is already up.
subsys=${i#/etc/rc$runlevel.d/K??}
[ -f /var/lock/subsys/$subsys -o -f /var/lock/subsys/$subsys.init ] || continue
check_runlevel "$i" || continue
# Bring the subsystem down.
[ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet stopping JOB=$subsys
$i stop
[ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet stopped JOB=$subsys
done
開啓服務腳本：
for i in /etc/rc$runlevel.d/S* ; do
# Check if the subsystem is already up.
subsys=${i#/etc/rc$runlevel.d/S??}
[ -f /var/lock/subsys/$subsys ] && continue
[ -f /var/lock/subsys/$subsys.init ] && continue
check_runlevel "$i" || continue
# If we're in confirmation mode, get user confirmation
if [ "$do_confirm" = "yes" ]; then
confirm $subsys
rc=$?
if [ "$rc" = "1" ]; then
continue
elif [ "$rc" = "2" ]; then
do_confirm="no"
fi
fi
update_boot_stage "$subsys"
# Bring the subsystem up.
[ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet starting JOB=$subsys
if [ "$subsys" = "halt" -o "$subsys" = "reboot" ]; then
export LC_ALL=C
exec $i start
fi
$i start
[ -n "$UPSTART" ] && initctl emit --quiet started JOB=$subsys
done
開啓的時候執行最後一個啓動腳本時，執行/etc/rc.d/rc.local腳本，此腳本是啓動過程中最後啓動的一個腳本。
S99local做了一個軟鏈接給rc.local
(3)/etc/init.d/* (/etc/rc.d/init.d/*)腳本執行方式：
# /etc/init.d/SRV_SCRIPT {start|stop|restart|status}
# service SRV_SCRIPT {start|stop|restart|status}
1.CentOS 6：
chkconfig命令：
管理控制/etc/init.d/每個服務腳本在各級別下的啓動或關閉狀態；
1) 查看：chkconfig --list [name]
2) 添加：chkconfig --add name
3) 刪除：chkconfig --del name
4) 修改指定的鏈接類型：
chkconfig [--level LEVELS] name <on|off|reset>
--level LEVELS：指定要控制的級別；默認爲2345；
5) 能被添加的服務的腳本定義格式：
#!/bin/bash # # chkconfig: ### ## ## ======註釋：運行級別、啓動優先級、關閉優先級====== # description:
2.CentOS 7：（待續）
(4)/etc/rc.d/rc.local腳本：開機自動讀取此文件中命令
正常級別下，最後啓動的一個服務S99local沒有鏈接至/etc/init.d下的某腳本
而是鏈接至了/etc/rc.d/rc.local （/etc/rc.local）腳本；
因此，不便或不需寫爲服務腳本的程序期望能開機自動運行時，直接放置於此腳本文件中即可。
7.系統初始化腳本:/etc/rc.d/rc.sysinit
(1) 設置主機名；
(2) 設置歡迎信息；
(3) 激活udev和selinux；
(4) 掛載/etc/fstab文件中定義的所有文件系統；
(5) 檢測根文件系統，並以讀寫方式重新掛載根文件系統；
(6) 設置系統時鐘；
(7) 根據/etc/sysctl.conf文件來設置內核參數；
(8) 激活lvm及軟raid設備；
(9) 激活swap設備；
(10) 加載額外設備的驅動程序；
(11) 清理操作；
8.啓動終端
tty1:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty tty1
... ...
tty6:2345:respawn:/usr/sbin/mingetty
tty6
（1）mingetty會調用login程序；
（2）打開虛擬終端的程序除了mingetty之外，還有諸如getty等；
啓動開機流程總結：
內核級別：
1.POST做開機啓動時候的硬件檢測功能
2.BootSequence(BIOS)啓動加載主引導分區MBR中的引導加載器程序BootLoader
在LInux現行的BootLoader是三段劃分(打破446字節限制)的GRUB程序，
第1段寫在BootLoader中
第1.5段在其後扇區用於文件系統的引導
第2段在boot/grub中提供國土部接口和調用系統內核kernel
3.Kernel識別硬件、加載驅動、只讀掛載根文件系統、同時交付給用戶空間第一個程序/sbin/init
此處特別要注意，系統發行商爲了適應多種硬件接口驅動調用，會在第一次安裝系統時候，自動識別硬件接口，並調用唯一驅動程序來生成ramdisk文件，以內存當磁盤做虛根，驅動接口後會切換到真實的根文件系統上
CentOS 5系列是initrd，當磁盤映像文件會造成二次緩存緩衝
CentOS 6/7系列改進爲initramfs，以文件系統形式可以不二次佔用緩存和緩衝
用戶空間級別
4./sbin/init接管後更具其配置文件來初始化
5.根據/sbin/init中的配置會設置默認運行級別，以及一些在/etc/init.d/設置的開機服務
6./etc/rc.d/rc.sysinit運行系統初始化腳本，完成系統初始化
7.關閉對應級別下需要停止的服務，啓動對應級別下需要開啓的服務
8.設置登錄終端 [--> 啓動圖形終端]