首页 > 代码库 > Linux 第20天: (09月12日) Linux启动和内核管理

Linux 第20天: (09月12日) Linux启动和内核管理

Linux 第20天: (09月12日) Linux启动和内核管理

 

 

 

本章内容


CentOS 5和6的启动流程
服务管理
Grub管理
自制Linux
启动排错
编译安装内核

 

Linux组成
Linux: kernel+rootfs
kernel: 进程管理、内存管理、网络管理、驱动程序、文件系统、安全功能
rootfs:程序和glibc
库:函数集合, function, 调用接口(头文件负责描述)
过程调用:procedure,无返回值
函数调用:function
程序:二进制执行文件
内核设计流派:
单内核(monolithic kernel):Linux
把所有功能集成于同一个程序
微内核(micro kernel):Windows, Solaris
每种功能使用一个单独子系统实现

 

内核
Linux内核特点:
支持模块化:.ko(内核对象)
如:文件系统,硬件驱动,网络协议等
支持内核模块的动态装载和卸载
组成部分:
核心文件:/boot/vmlinuz-VERSION-release
ramdisk:辅助的伪根系统
CentOS 5: /boot/initrd-VERSION-release.img
CentOS6,7: /boot/initramfs-VERSION-release.img
模块文件:/lib/modules/VERSION-release

 

centos6启动流程
1.加载BIOS的硬件信息,获取第一个启动设备。
2.读取第一个启动设备MBR的引导加载程序(grub)的启动信息
3.加载核心操作系统的核心信息,核心开始解压缩,并尝试驱动所有的硬件设备。
4.核型执行init程序并获取运行信息。
5.Init执行/etc/rc.d/rc.sysinit文件。
6.启动核心的外挂模块(/etc/modprobe.conf)。
7.Init执行运行的各个批处理文件(scripts).
8.Init执行/etc/rc.d/rc.local.
9.执行/bin/login程序,等待用户登录。
10.登录之后开始以Shell控制主机。

 

启动流程


POST:Power-On-Self-Test,加电自检,是BIOS功能的一个主要部分。负责完成对CPU、主板、内存、硬盘子系统、显示子系统、串并行接口、键盘、CD-ROM光驱等硬件情况的检测。
ROM:BIOS,Basic Input and Output System,保存着有关计算机系统最重要的基本输入输出程序,系统信息设置、开机加电自检程序和系统启动自举程序等。
RAM:CMOS互补金属氧化物半导体,保存各项参数的设定
按次序查找引导设备,第一个有引导程序的设备为本次启动设备


bootloader: 引导加载器,引导程序
windows: ntloader,仅是启动OS
Linux:功能丰富,提供菜单,允许用户选择要启动系统或不同的内核版本;把用户选定的内核装载到内存中的特定空间中,解压、展开,并把系统控制权移交给内核
LILO:LInuxLOader
GRUB: GRandUnified Bootloader
GRUB 0.X: GRUB Legacy,GRUB2


  MBR:
446: bootloader,64: 分区表, 2: 55AA


GRUB:
primary boot loader : 1st stage,1.5 stage
secondary boot loader :2nd stage,分区文件


kernel:
自身初始化:
探测可识别到的所有硬件设备
加载硬件驱动程序(可能借助于ramdisk加载驱动)
以只读方式挂载根文件系统
运行用户空间的第一个应用程序:/sbin/init
9
系统启动流程


init程序的类型:
SysV: init, CentOS 5之前
配置文件:/etc/inittab
Upstart: init,CentOS6
配置文件:/etc/inittab, /etc/init/*.conf
Systemd:systemd, CentOS 7
配置文件:/usr/lib/systemd/system
/etc/systemd/system

ramdisk:
内核中的特性之一:使用缓冲和缓存来加速对磁盘上的文件访问
ramdisk--> ramfs提高速度
CentOS 5: initrd, 工具程序:mkinitrd
CentOS 6: initramfs,工具程序:mkinitrd, dracut
系统初始化:
POST --> BootSequence(BIOS) --> Bootloader(MBR) --> kernel(ramdisk) --> rootfs(只读) --> init(systemd)

 

启动流程
/sbin/initCentOS6之前
运行级别:为系统运行或维护等目的而设定;0-6:7个级别
0:关机
1:单用户模式(root自动登录), single, 维护模式
2: 多用户模式,启动网络功能,但不会启动NFS;维护模式
3:多用户模式,正常模式;文本界面
4:预留级别;可同3级别
5:多用户模式,正常模式;图形界面
6:重启
默认级别:3, 5
切换级别:init#
查看级别:runlevel; who -r

 

init初始化
init读取其初始化文件:/etc/inittab
初始运行级别(RUN LEVEL)
系统初始化脚本
对应运行级别的脚本目录
捕获某个关键字顺序
定义UPS电源终端/恢复脚本
在虚拟控制台生成getty
在运行级别5初始化X


CentOS5的inittab文件
配置文件:/etc/inittab
每一行定义一种action以及与之对应的process
id:runlevel:action:process
action:
wait: 切换至此级别运行一次
respawn:此process终止,就重新启动之
initdefault:设定默认运行级别;process省略
sysinit:设定系统初始化方式,此处一般为指定
/etc/rc.d/rc.sysinit
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
id:3:initdefault:
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc1...
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc6

 

CentOS6 /etc/inittab和相关文件
/etc/inittab
设置系统默认的运行级别
id:3:initdefault:
/etc/init/control-alt-delete.conf
/etc/init/tty.conf
/etc/init/start-ttys.conf
/etc/init/rc.conf
/etc/init/prefdm.conf

 

启动流程
/etc/rc.d/rc.sysinit: 系统初始化脚本
(1) 设置主机名
(2) 设置欢迎信息
(3) 激活udev和selinux
(4) 挂载/etc/fstab文件中定义的文件系统
(5) 检测根文件系统,并以读写方式重新挂载根文件系统
(6) 设置系统时钟
(7) 激活swap设备
(8) 根据/etc/sysctl.conf文件设置内核参数
(9) 激活lvm及software raid设备
(10) 加载额外设备的驱动程序
(11) 清理操作


启动流程
说明:rcN --> 意味着读取/etc/rc.d/rcN.d/
K*: K##*:##运行次序;数字越小,越先运行;数字越小的服务,通常为依赖到别的服务
S*: S##*:##运行次序;数字越小,越先运行;数字越小的服务,通常为被依赖到的服务
for srvin /etc/rc.d/rcN.d/K*; do
$srvstop
done
for srvin /etc/rc.d/rcN.d/S*; do
$srvstart
done


chkconfig命令
chkconfig命令
查看服务在所有级别的启动或关闭设定情形:
chkconfig[--list] [name]
添加:
SysV的服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d(/etc/init.d)
chkconfig--add name
#!/bin/bash
#LLLL 表示初始在哪个级别下启动,-表示都不启动
# chkconfig: LLLL nnnn
删除:
chkconfig--del name
修改指定的链接类型
chkconfig[--level levels] name <on|off|reset>
--level LLLL: 指定要设置的级别;省略时表示2345
ntsysv命令

 

xinetd管理的服务
service 命令:手动管理服务
service 服务start|stop|restart
service --status-all
瞬态(Transient)服务被xinetd进程所管理
进入的请求首先被xinetd代理
配置文件:/etc/xinetd.conf、/etc/xinetd.d/<service>
与libwrap.so文件链接
用chkconfig控制的服务:
chkconfigtftpon

 

启动流程
注意:正常级别下,最后启动一个服务S99local没有链接至/etc/rc.d/init.d一个服务脚本,而是指向了/etc/rc.d/rc.local脚本
不便或不需写为服务脚本放置于/etc/rc.d/init.d/目录,且又想开机时自动运行的命令,可直接放置于/etc/rc.d/rc.local文件中
/etc/rc.d/rc.local在指定运行级别脚本后运行
可以根据情况,进行自定义修改

 

启动流程
1:2345:respawn:/usr/sbin/mingettytty1
2:2345:respawn:/usr/sbin/mingettytty2
...
6:2345:respawn:/usr/sbin/mingettytty6
mingetty会自动调用login程序
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon

 

破解root口令
总结:/sbin/init--> (/etc/inittab) --> 设置默认运行级别--> 运行系统初始脚本、完成系统初始化--> (关闭对应下需要关闭的服务)启动需要启动服务--> 设置登录终端
CentOS 6 init程序为: upstart, 其配置文件:
/etc/inittab, /etc/init/*.conf,配置文件的语法遵循upstart配置文件语法格式,和CentOS5不同

 

grub legacy
CentOS 6启动流程:
POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader --> Kernel(ramdisk) --> rootfs--> switchroot--> /sbin/init-->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 设定默认运行级别--> 系统初始化脚本rc.sysinit--> 关闭或启动对应级别的服务--> 启动终端
grub: GRandUnified Bootloader
grub 0.x: grub legacy
grub 1.x: grub2
grub legacy:
stage1: mbr
stage1_5: mbr之后的扇区,让stage1中的bootloader能识别stage2所在的分区上的文件系统
stage2:磁盘分区(/boot/grub/)

 

grub legacy
配置文件:/boot/grub/grub.conf<--/etc/grub.conf
stage2及内核等通常放置于一个基本磁盘分区
功用:
(1) 提供启动菜单、并提供交互式接口
a:内核参数
e: 编辑模式,用于编辑菜单
c: 命令模式,交互式接口
(2) 加载用户选择的内核或操作系统
允许传递参数给内核
可隐藏启动菜单
(3) 为菜单提供了保护机制
为编辑启动菜单进行认证
为启用内核或操作系统进行认证

 

grub legacy
grub的命令行接口
help: 获取帮助列表
help KEYWORD: 详细帮助信息
find (hd#,#)/PATH/TO/SOMEFILE:
root (hd#,#)
kernel /PATH/TO/KERNEL_FILE: 设定本次启动时用到的内核文件;额外还可添加许多内核支持使用的cmdline参数
例如:max_loop=100 selinux=0init=/path/to/init
initrd/PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 设定为选定的内核提供额外文件的ramdisk;
boot: 引导启动选定的内核
cat /proc/cmdline 内核参数
内核参数文档:/usr/share/doc/kernel-doc-2.6.32/Documentation/kernel-parameters.txt

 

grub legacy
识别硬盘设备:
(hd#,#)
hd#: 磁盘编号,用数字表示;从0开始编号
#: 分区编号,用数字表示; 从0开始编号
(hd0,0) 第一块硬盘,第一个分区
手动在grub命令行接口启动系统:
grub> root (hd#,#)
grub> kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE roroot=/dev/DEVICE
grub> initrd/initramfs-VERSION-RELEASE.img
grub> boot


grub legacy配置文件
配置文件:/boot/grub/grub.conf
default=#: 设定默认启动的菜单项;落单项(title)编号从0开始
timeout=#:指定菜单项等待选项选择的时长
splashimage=(hd#,#)/PATH/TO/XPM_FILE:菜单背景图片文件路径
hiddenmenu:隐藏菜单
password [--md5] STRING: 启动菜单编辑认证
title TITLE:定义菜单项“标题”, 可出现多次
root (hd#,#):grub查找stage2及kernel文件所在设备分区;为grub“根”
kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS]:启动的内核
initrd/PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 内核匹配的ramfs文件
password [--md5] STRING: 启动选定的内核或操作系统时进行认证

 

grub加密
grub-md5-crypt命令
破解root口令:
启动系统时,设置其运行级别1
进入单用户模式:
(1) 编辑grub菜单(选定要编辑的title,而后使用e命令);
(2) 在选定的kernel后附加
1, s, S或single都可以;
(3) 在kernel所在行,键入“b”命令

 

grub安装
安装grub:
(1) grub-install
安装grub stage1和stage1_5到/dev/DISK磁盘上,并复制GRUB相关文件到DIR/boot目录下
grub-install --root-directory=DIR /dev/DISK
(2) grub
grub> root (hd#,#)
grub> setup (hd#)

 

自制linux系统
分区并创建文件系统
fdisk/dev/sdb
分两个必要的分区
/dev/sdb1对应/boot /dev/sdb2对应根/
mkfs.ext4 /dev/sdb1
挂载boot
mkdir/mnt/boot
mount /dev/sdb1 /mnt/boot
安装grub
grub-install --root-directory=/mnt/dev/sdb

 

自制linux系统
恢复内核和initramfs文件
cp/boot/vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 /mnt/boot/
cp/boot/initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img /mnt/boot
建立grub.conf文件
Vim /mnt/boot/grub.conf
kernel /vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 root=/dev/sda2 selinux=0 init=/bin/bash
chroot/mnt/sysroot

 

自制linux系统
创建一级目录
mkdir/mnt/sysroot
mount /dev/sdb2 /mnt/sysroot
mkdir–pv/mnt/sysroot/{etc,lib,lib64,bin,sbin,tmp,var,usr,sys,proc,opt,home,root,boot,dev,mnt,media}
复制bash和相关库文件

 

救援环境
在根文件系统无法使用时需要,如/bin/mount删除
对系统没有特殊要求
从光盘引导(boot.iso或者安装光盘#1)
从USB盘(由boot.iso制作)引导

 

救援环境
文件系统重组
Anaconda将会询问是否应该挂载文件系统
/mnt/sysimage/*
/mnt/stage2
$PATH包括硬盘的目录
文件系统节点
提供系统特定的设备文件
mknod了解major/minor #’s

 

系统配置文件丢失修复
系统在引导期间,很重要的一个过程就是init进程读取其配置文件/etc/inittab,启动系统基本服务程序及默认运行级别的服务程序完成系统引导,如果/etc/inittab误删除或修改错误,Linux将无法正常启动。此时,只有通过救援模式才可以解决此类问题。
有备份文件的回复方法
没有备份文件的恢复办法

 

系统配置文件丢失修复
有备份文件的恢复办法:
进入救援模式,执行chroot命令后,如果有此文件的备份(强烈建议系统中的重要数据目录,如/etc、/boot等要进行备份),直接将备份文件拷贝回去,退出重启即可。如果是配置文件修改错误,如比较典型的/boot/grub/grub.conf及/etc/passwd的文件修改错误,也可以直接修正恢复。假设有备份文件/etc/inittab.bak,则在救援模式下执行:
sh-3.1# chroot/mnt/sysimage
sh-3.1# cp /etc/inittab.bak /etc/inittab

 

系统配置文件丢失修复
没有备份文件的恢复办法
如果一些配置文件丢失或软件误删除,且无备份,可以通过重新安装软件包来恢复,首先查找到/etc/inittab属于哪一个RPM包# chroot/mnt/sysimage
# rpm -qf/etc/inittab
initscripts-9.03.49-1.el6.centos.x86_64
退出chroot模式:
# exit
挂载存放RPM包的安装光盘(在救援模式下,光盘通常挂载在/mnt/source目录下):

 

系统配置文件丢失修复
# mount /dev/sr0 /mnt/source
CentOS6系统的RPM包存放在光盘Package目录下,另外,因为要修复的硬盘系统的根目录在/mnt/sysimage下,需要使用--root选项指定其位置。覆盖安装/etc/inittab文件所在的RPM包:
# rpm -ivh --replacepkgs | force /mnt/source/Packages/
initscripts-9.03.49-1.el6.centos.x86_64.rpm
其中的rpm命令选项“--replacepkgs”表示覆盖安装,执行完成后,即已经恢复了此文件。

 

系统配置文件丢失修复
如果想只提取RPM包中的/etc/inittab文件进行恢复,可以在进入救援模式后,执行命令:
# rpm2cpio /mnt/source/Packages/initscripts-9.03.49-1.el6.centos.x86_64.rpm|
cpio-idv./etc/inittab
# cpetc/inittab/mnt/sysimage/etc
注意此命令执行时不能将文件直接恢复至/etc目录,只能提取到当前目录下,且恢复的文件名称所在路径要写完整的路径。提取文件成功后,将其复制到根分区所在的/mnt/sysimage目录下相应位置即可

 

内核编译
单内核体系设计、但充分借鉴了微内核设计体系的优点,为内核引入模块化机制。
内核组成部分:
kernel: 内核核心,一般为bzImage,通常在/boot目录下,名称为vmlinuz-VERSION-RELEASE;
kernel object: 内核对象,一般放置于/lib/modules/VERSION-RELEASE/
[ ]: N
[M]: M
[*]: Y
辅助文件:ramdisk
initrd
initramfs

 

内核版本
运行中的内核:
uname命令:
uname-print system information
uname[OPTION]...
-n: 显示节点名称;
-r: 显示VERSION-RELEASE;
-a:显示所有信息

 

内核模块命令
lsmod命令:
显示由核心已经装载的内核模块
显示的内容来自于: /proc/modules文件
modinfo命令:
显示模块的详细描述信息
modinfo[ -k kernel ] [ modulename|filename... ]
-n: 只显示模块文件路径
-p: 显示模块参数
-a: author
-d: description
-l: license
lsmod|grep xfs;modinfoxfs

 

内核模块管理
modprobe命令:
装载或卸载内核模块
modprobe[ -C config-file ] [ modulename] [ module parame-ters... ]
配置文件:/etc/modprobe.conf, /etc/modprobe.d/*.conf
modprobe[ -r ] modulename...

 

内核模块管理
depmod命令:
内核模块依赖关系文件及系统信息映射文件的生成工具
装载或卸载内核模块:
insmod命令:指定模块文件,不自动解决依赖模块
insmod[ filename ] [ module options... ]
insmod`modinfo–n exportfs`
lnsmod`modinfo–n xfs`
rmmod
rmmod[ modulename]
rmmodxfs
rmmodexportfs

 

/proc目录
/proc目录:
内核把自己内部状态信息及统计信息,以及可配置参数通过proc伪文件系统加以输出
参数:只读:输出信息
可写:可接受用户指定“新值”来实现对内核某功能或特性的配置
/proc/sys
(1) sysctl命令用于查看或设定此目录中诸多参数
sysctl-w path.to.parameter=VALUE
sysctl-w kernel.hostname=mail.magedu.com
(2) echo命令通过重定向方式也可以修改大多数参数的值
echo "VALUE" > /proc/sys/path/to/parameter
echo “websrv” > /proc/sys/kernel/hostname

 

sysctl命令
sysctl命令:
默认配置文件:/etc/sysctl.conf
(1) 设置某参数
sysctl-w parameter=VALUE
(2) 通过读取配置文件设置参数
sysctl-p [/path/to/conf_file]
内核中的路由转发:
/proc/sys/net/ipv4/ip_forward
常用的几个参数:
net.ipv4.ip_forward
net.ipv4.icmp_echo_ignore_all
vm.drop_caches

 

/sys目录
/sys目录:
sysfs:为用户使用的伪文件系统,输出内核识别出的各硬件设备的相关属性信息,也有内核对硬件特性的设定信息;有些参数是可以修改的,用于调整硬件工作特性。
udev通过此路径下输出的信息动态为各设备创建所需要设备文件,udev是运行用户空间程序
专用工具:udevadmin, hotplug
udev为设备创建设备文件时,会读取其事先定义好的规则文件,一般在/etc/udev/rules.d及/usr/lib/udev/rules.d目录下

 

ramdisk管理
ramdisk文件的制作:
(1) mkinitrd命令
为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件
mkinitrd/boot/initramfs-$(uname-r).img$(uname-r)
(2) dracut命令
为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件
dracut/boot/initramfs-$(uname-r).img$(uname-r)

 

编译内核
前提:
(1) 准备好开发环境
(2) 获取目标主机上硬件设备的相关信息
(3) 获取目标主机系统功能的相关信息
例如:需要启用相应的文件系统
(4) 获取内核源代码包
www.kernel.org

 

开发环境准备
包组(CentOS 6):
Server Platform Development
Development Tools
目标主机硬件设备相关信息:
CPU:
#cat /proc/cpuinfo
#x86info -a
#lscpu

 

硬件设备
PCI设备:
lspci
-v
-vv
lsusb
-v
-vv
lsblk块设备
了解全部硬件设备信息
hal-device

 

内核编译安装系统
安装开发包组
下载源码文件
.config:准备文本配置文件
make menuconfig:配置内核选项
make [-j #]
make modules_install:安装模块
make install :安装内核相关文件
安装bzImage为/boot/vmlinuz-VERSION-RELEASE
生成initramfs文件
编辑grub的配置文件

 

编译安装内核实例
tar xf linux-3.10.67.tar.xz -C /usr/src
cd /usr/src
ln -sv linux-3.10.67 linux
cd /usr/src/linux
cp /boot/config-$(uname -r) ./.config
make menuconfig
make -j 2
make modules_install
make install
reboot

 

编译内核
(1) 配置内核选项
支持“更新”模式进行配置:make help
(a) make config:基于命令行以遍历的方式去配置内核中可配置的每个选项
(b) make menuconfig:基于curses的文本窗口界面
(c) make gconfig:基于GTK (GNOME)环境窗口界面
(d) make xconfig:基于QT(KDE)环境的窗口界面
支持“全新配置”模式进行配置
(a) make defconfig:基于内核为目标平台提供的“默认”配置进行配置
(b) make allyesconfig: 所有选项均回答为“yes“
(c) make allnoconfig: 所有选项均回答为"no“

 

编译内核
(2) 编译
全编译:make [-j #]
编译内核的一部分功能:
(a) 只编译某子目录中的相关代码:
# cd /usr/src/linux
# make dir/
(b) 只编译一个特定的模块:
# cd /usr/src/linux
# make dir/file.ko
例如:只为e1000编译驱动:
#make drivers/net/ethernet/intel/e1000/e1000.ko

 

编译内核
如何交叉编译内核:
编译的目标平台与当前平台不相同;
# make ARCH=arch_name
要获取特定目标平台的使用帮助
# make ARCH=arch_namehelp
# make ARCH=arm help

 

内核编译
在已经执行过编译操作的内核源码树做重新编译:
需要事先清理操作:
# make clean:清理大多数编译生成的文件,但会保留config文件等
# make mrproper: 清理所有编译生成的文件、config及某些备份文件
# make distclean:mrproper、patches以及编辑器备份文件

 

 

 

 

 

 

 

Linux 第20天: (09月12日) Linux启动和内核管理