• CentOS 6啟動流程
• CentOS 5,6的init啟動過程詳解
• grub啟動過程詳解
• 啟動過程錯誤修復

一、CentOS 6啟動流程

（一）Linux組成

• linux由kernel和rootfs組成：

  • kernel：進程管理、內存管理、網絡管理、驅動程序、文件系統、安全功能
  • rootfs：包含程序和庫(glibc)

• 內核涉及流派：

  • 單內核(monolithic kernel)：所有功能集成于一個程序，如linux
  • 微內核(micro kernel)：每種功能由單獨子系統實現，如Windows

• linux內核特點：

  • 模塊化設計：體現為眾多的.ko文件（內核模塊文件），實現文件系統、硬件驅動、網絡協議等kernel功能
  • 可以動態裝載、卸載內核模塊

• linux內核組成

  • 核心文件：/boot/vmlinuz-version-release
  • 輔助的偽根系統ramdisk（系統啟動時非常重要）：
    /boot/initrd-VERSION-release.img (CentOS 5)
    /boot/initramfs-VERSION-release.img (CentOS 6, 7)
  • 模塊文件：
    /lib/modules/version-release目錄下

（二）CentOS 6啟動流程概述

• 大致流程：POST加電自檢-->MBR引導-->GRUB-->加載內核-->啟動init進程-->按照配置文件描述運行相應腳本

• 第1步 POST(Power-On-Self-Test)：加電自檢

  運行BIOS的自檢程序，完成硬件系統的檢測。隨后按照BIOS設置的啟動順序查找第一個有引導程序的設備為本次啟動設備，將設備管理權限移交給啟動設備上的引導程序。

• 第2步 bootloader：引導程序

  位于MBR的前446字節，允許用戶選擇啟動的系統或內核版本，裝載、運行內核并把管理權限移交給內核程序。目前linux使用的主流bootloader為GRUB（CentOS 6使用GRUB 0.9, CentOS 7使用GRUB 2）

• 第3步 GRUB的分階段引導

  由于MBR給bootloader預留的空間太狹小，GRUB程序分布在硬盤的多個位置

  • primary bootloader：1st stage（位于MBR的前446字節）, 1.5 stage（識別/boot分區類型并加載相應的驅動）

  • secondary bootloader：2nd stage（位于/boot/grub，顯示啟動菜單和用戶交互程序，負責內核加載，并將管理權移交給內核）

• 第4步 內核自身初始化

  • 探測硬件設備

  • 在ramdisk提供基本驅動（只用于滿足啟動使用）的前提下，加載各硬件驅動

    • ramdisk管理工具：mkinitrd(CentOS 6), dracut(CentOS 7)

  • 以只讀方式掛載根文件系統

• 實驗：為當前正在使用的內核重新制作啟動文件

mkinitrd /boot/initramfs-`uname -r`.img `uname -r`
或者
dracut /boot/initramfs-`uname -r`.img `uname -r`

刪除/boot目錄下的initramfs文件

重啟后進入系統失敗，進入救援模式，先使用chroot命令切換根目錄，重建initramfs文件，重啟后正常進入系統

• 第5步 運行用戶空間第一個應用程序/sbin/init，啟動相關服務

二、CentOS 5,6的init啟動過程詳解

（一）init程序類型

（二）運行級別

• 定義：為系統運行和維護目的而設定，共有0-6共7個級別

  • 0：關機
  • 1：單用戶模式，root自動登錄，可用于重置root密碼
  • 2：不完全的多用戶模式，啟用網絡功能，但不啟用NFS
  • 3：完全的多用戶模式
  • 4：預留
  • 5：圖形界面模式
  • 6：重啟

• 默認的運行級別：/etc/inittab中設置，一般設為3或者5，不能設置為0或者6

• 修改運行級別：init LEVEL，LEVEL取值為0-6

• 查看運行級別：runlevel 或 who -r

• 實驗：忘記root密碼時重置root密碼
  啟動時，在bootloader啟動倒計時鍵盤任意鍵進入啟動項管理頁面

按提示輸入a,在提示的畫面字符串后輸入1，代表進入runlevel: 1的單用戶模式

無需輸入密碼，即可進入root賬戶，此時可以重置root密碼

（三）CentOS 5和6的/etc/inittab文件

• CentOS 5的/etc/inittab文件：

  • 內容：文件的每一行定義一個action和與其對應的process
  • 格式： id:runlevel:action:process
    說明：
    id：僅起到標識作用
    runlevel：運行級別
    action：
    (1) wait：切換至此級別運行一次
    (2) respawn：若process終止，則重新運行它，一般在mingetty時使用
    如：1:2345:respawn:/usr/sbin/mingettytty1，這樣結束mingetty1進程后會自動產生新的mingetty進程，保證有足夠終端供人使用
    (3) initdefault：設定為默認運行級別，process省略
    (4) sysinit：設定系統初始化方式，一般process設為/etc/rc.d/rc.sysinit

• CentOS 6的/etc/inittab文件和相關文件
  CentOS 6的/etc/inittab文件只保留了設定默認運行級別的語句，其他內容被移動到/etc/init/*.conf各類設置文件中

（四）CentOS 5的init啟動流程

（1）運行/etc/rc.d/rc.sysinit系統初始化腳本

• 主要功能：
  (1) 設置主機名
  (2) 設置歡迎信息
  (3) 激活udev和selinux
  (4) 掛載/etc/fstab文件中定義的文件系統
  (5) 檢測根文件系統，并以讀寫方式重新掛載根文件系統
  (6) 設置系統時鐘
  (7) 激活swap設備
  (8) 根據/etc/sysctl.conf文件設置內核參數
  (9) 激活lvm及software raid設備
  (10) 加載額外設備的驅動程序
  (11) 清理操作

（2）按照/etc/inittab文件規定的默認運行級別，運行相應級別的/etc/rc.d/rcN.d(N為運行級別)目錄下的文件

• /etc/rc.d/rcN.d文件格式：

  • rcN.d下的文件均為指向/etc/rc.d/init.d目錄下服務的軟鏈接文件
  • 軟鏈接的命名格式：K##或者S##
  • S表示運行時開啟服務，K表示運行時關閉服務
  • ##代表運行順序，排序越靠前，越先運行。排序方式為依次對比相同位置的數字字母，數字小于字母
    如：100比99靠前，因為從第1位比較1比9靠前
    又如：99比9a靠前，因為第1位相同，比較第2位9比a靠前
  • 以K開頭的服務越靠前，代表服務越依賴于其他服務，因為只有先停止本服務，被依賴的服務才能停止
  • 以S開頭的服務越靠前，代表服務越被其他服務所依賴，因為只有先開啟本服務，依賴其運行的服務才能開啟
  • /etc/rc.d/rc{2,3,4,5}.d目錄下最后啟動的服務均為S99local，此鏈接文件鏈指向/etc/rc.d/rc.local腳本，rc.local腳本不是服務。當需要開機執行一些指令，又不想在/etc/rc.d/init.d目錄下專門寫一個服務腳本時，可以在本腳本文件中定義。

• chkconfig命令：設置服務在所有運行級別的開啟、關閉情況，語法設置如下：

chkconfig [--list] [service_name]     //查詢服務
chkconfig --add service_name          //添加服務
chkconfig --del service_name          //刪除服務
chkconfig --levle LLLL sevice_name <on|off|reset>
//修改服務，指定的運行級別--level LLLL省略時默認為2345

chkconfig實質是修改/etc/rc.d/rcN.d目錄下文件前綴K或S，如下圖所示，關閉atd在runlevel 5級別下啟動后，在/etc/rc.d/rc5.d目錄下以S開頭的atd文件消失，而以K開頭的atd文件出現，同時可以看到S靠后的服務往往K靠前，反之亦然，證明先啟動的服務需要后退出，而后啟動的服務需要先退出

刪除/etc/rc.d/rc5.d下的K05atd軟鏈接后，手動建立S95atd軟鏈接，使用chkconfig查詢發現已經變成了on，進一步印證chkconfig的工作原理

• ntsysv：改變運行級別服務的開啟、關閉情況
  ntsysv [--level=RUN_LEVEL]，默認修改當前運行級別

• 實驗：創建一個自定義服務S97serv，添加、修改、刪除服務

第1步，在/etc/rc.d/init.d目錄下，新建服務腳本文件

#! /bin/bash
# checkconfig: 35 96 07  //表示在runlevel=3, 5時開啟服務，在/etc/rc.d/rc3.d和/etc/rc.d/rc5.d目錄下的軟鏈接文件名前綴為S96和K07
# description:   //本描述內容在CentOS 5中必須有，在CentOS 6中可以有
腳本內容略

第2步，chkconfig命令添加此服務，查詢此服務在各個運行級別的開啟、關閉狀態是否符合服務腳本文件中的描述

第3步，chkconfig修改此服務在運行級別3的狀態為off

第4步，chkconfig刪除此服務

• service命令：手動管理服務

  • 語法：
    service service_name start|stop|restart|status，服務開啟、關閉、重啟、狀態查詢
    service --status-all，查詢所有服務的狀態

• xinetd管理的服務：

  • xinetd管理非獨立服務（又稱瞬態服務），這些服務的使用率不高，為了節省資源占用，平時xinetd服務負責監聽這些服務的端口，一旦xinetd服務發現其所管理服務的請求，立即喚醒相應的服務，并將相應服務的端口移交給服務
  • xinetd管理很多服務，所以又稱其為超級守護進程
  • 非獨立服務依賴于xinetd服務，若xinetd服務尚未安裝，則安裝非獨立服務時xinetd作為依賴服務將一并安裝
  • 配置文件：/etc/xinetd.conf, /etc/xinetd.d/<service>

• 實驗：開啟Telnet服務
  第1步，chkconfig --list命令發現telnet服務屬于非獨立服務，需要修改xinetd服務的配置文件

  第2步，配置/etc/xinetd.d/telnet，將disabled的值由yes改為no，重新執行chkconfig --list命令，發現telnet的狀態已經變成yes

  第3步，重啟xinetd服務，此時通過netstat -ntlp查看監聽端口，發現xinetd正在監聽telnet的23端口

  第4步，遠程telnet登錄本機，此時通過ss -ntup查看tcp端口，發現telnet正在23端口處于連接狀態

（3）按照/etc/inittab文件的規定，設置登錄終端

CentOS 5 init啟動順序總結：

• 運行/sbin/init，創建用戶空間第一個進程-->
• 查詢/etc/inittab初始化配置文件，設置默認運行級別-->
• 運行/etc/rc.d/rc.sysinit系統初始腳本、完成系統初始化-->
• 關閉（可能出現）對應下需要關閉的服務，啟動需要啟動服務/etc/rc.d/rcN.d-->
• 設置登錄終端
• CentOS 6的啟動過程與CentOS 5基本相似，區別在于CentOS 6的init啟動過程配置文件為/etc/inittab和/etc/init/*.conf，遵循upstart程序規定的配置文件語法格式

三、grub啟動過程詳解

（一）grub簡介

• 版本：
  grub 0.97： CentOS 6使用，grub經典版，以下介紹的都是此版本的操作
  grub 2：CentOS 7開始使用

• grub的階段：grub程序分布在硬盤的不同位置，被分為多個階段

  • stage 1：bootloader，位于MBR，446字節
  • stage 1_5：位于MBR之后的扇區，確保stage1的bootloader能夠識別stage2所在分區的文件系統
  • stage 2：
    1）顯示啟動菜單，實現與用戶的交互
    2）加載用戶選擇的內核或操作系統
    3）為菜單提供了保護機制

• stage 2 和內核文件一般安裝至一個基本的磁盤分區（/boot一般是獨立分區）

• grub安裝：grub-install命令
  將stage 1和stage 1_5安裝至啟動硬盤，并復制grub相關文件至啟動硬盤的啟動分區

（二）grub的詳細配置

（1） grub命令行模式：

• 命令：

  • help：獲取幫助列表
  • help KEYWORD：詳細幫助信息
  • root (hd#,#)：指定grub的根分區，即stage2文件和內核文件所在的分區
  • kernel /PATH/TO/KERNEL_FILE：設定本次啟動時用到的內核文件；額外還可添加許多內核支持使用的cmdline參數，可通過cat /proc/cmdline查詢內核參數
  • initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE：設定為選定的內核提供額外文件的ramdisk
  • boot：引導啟動選定的內核

• 硬盤分區編號規則(hd#,#)：

  • hd#：磁盤編號，用數字表示；從0開始編號
  • #：分區編號，用數字表示; 從0開始編號
  • (hd0,0) 表示第一塊硬盤，第一個分區

• 手動通過grub命令行啟動系統：

  grub> root (hd#,#)
  grub> kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE ro root=/dev/DEVICE
  grub> initrd /initramfs-VERSION-RELEASE.img
  grub> boot
  

（2）grub配置文件 /boot/grub/grub.conf：

• 格式：
  通用設置
  default=#：默認啟動菜單項，從0開始編號
  timeout=#：自動進入默認啟動菜單項的倒計時
  splashimage=(hd#,#)/PATH/XPM_FILE：菜單界面背景圖片
  hiddenmenu：默認隱藏啟動菜單
  password [-md5|] string：啟動菜單編輯認證
  以下是關于菜單項的設置，可以重復使用多次用于設置多個菜單項
  title TITLE：菜單項標題
  root (hd#,#)：指定grub的根分區，即stage2文件和內核文件所在的分區
  kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE：指定kernel文件的路徑
  initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE：指定內核匹配的initramfs文件路徑
  password [-md5 | encrypted] string：啟動選定內核或操作系統時認證

• 生成grub密碼：
  grub-md5-crypt：生成md5加密密碼
  grub-crypt：生成sha512加密密碼

• 實驗：/boot/grub/grub.conf文件格式要求

實驗（1）：判斷kernel行和initrd行可否交換次序：
在/boot/grub/grub.conf文件中復制當前啟動菜單選項設置，交換kernel行和initrd行的次序

重啟系統，進入復制的啟動項，發現錯誤提示：kernel必須在initrd前

按任意鍵回到啟動菜單，鍵盤輸入e后編輯啟動項，綜合使用鍵盤d：刪除，鍵盤e：編輯，鍵盤o：新增加空行，將kernel行與initrd行交換次序，鍵盤b執行啟動，最終成功啟動

由于本次啟動屬于在grub中臨時更改啟動項，在系統啟動之后，需要及時對/boot/grub/grub.conf文件進行修改，確保今后啟動正常

實驗（2）：給grub的啟動過程加密：

可以在grub的啟動過程的兩個環節加密：1）給啟動菜單項編輯權限加密；2）啟動特定菜單項的加密，加密命令相同，但是位于/boot/grub/grub.conf文件的不同位置

加密可以使用明文密碼，但安全性太差。目前使用md5和sha-512加密方式加密，現在用md5加密啟動項編輯權限，用sha-512加密啟動特定菜單項

可以在vim編輯器下使用:r!grub-md5-crypt和r!grub-crypt命令直接生成md5和sha-512加密密碼。啟動項編輯權限加密需要在選項信息前設置（第一個紅框），啟動特定菜單項需要在本啟動菜單項后面設置（第二個紅框）。

加密選項的語法為：
md5加密：password --md5 加密密碼
sha-512加密：password --encrypted 加密密碼

重啟后發現啟動界面沒有e編輯選項，提示鍵入p輸入密碼，證明已被加密

選擇加密過的啟動項，回車后彈出密碼輸入提示，證明已被加密

四、啟動過程錯誤修復

（一）僅保留/boot/grub目錄下的grub.conf文件

mv /boot/grub/* /app
mv /app/grub.conf  /boot/grub

重啟后發現系統正常啟動，這說明進入stage 2必要的文件只有/boot/grub/grub.conf文件，其他文件只是stage1, stage 1_5, stage 2的備份文件

（二）grub的stage 1 丟失

mv /boot/grub/* /app
mv /app/grub.conf  /boot/grub                //在/boot/grub目錄中只保留grub.conf文件
dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=1 count=446   //刪除磁盤前446字節，即grub的stage 1

使用hexdump -C -n 512 /dev/sda查看/dev/sda磁盤的前512字節，發現前446字節已經清零

重啟后，BIOS認為/dev/sda不是啟動磁盤，當沒有其他啟動介質時，啟動失敗停在黑屏中。光盤啟動，進入救援模式。在救援模式下，先進行切根操作，在使用grub-install /dev/sda命令修復，成功后即可正常啟動。

修復成功后，可以看到在/boot/grub目錄下丟失的文件也恢復了

（三）grub的stage 1_5丟失

dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=1 count=10240 skip=512 seek=512 //除stage1之外的前20個扇區的內容全部清零

使用hexdump -C -n 10240 /dev/sda查看/dev/sda磁盤的前10240字節，發現stage1_5確實已經清零。此時重啟系統，BIOS發現磁盤是引導磁盤開始stage1，但是stage1_5被破壞，故啟動失敗。光盤啟動，進入救援模式。

切根后，使用grub交互方式恢復stage1_5

grub> root (hd0,0)
grub> setup (hd0)

運行結果發現grub程序尋找/boot/grub下面的stage1_5文件嘗試恢復并成功，故這種修復方式需要確保/boot/grub/下的stage文件沒有缺損。修復成功后重啟成功。

（四）/boot/grub/grub.conf文件丟失

當刪除/boot/grub/grub.conf文件后，重新啟動系統進入stage 2但是因為沒有啟動項設置，進入提示符。此時，手動輸入關鍵啟動參數root, kernel, initrd等關鍵信息，boot回車重啟成功

（五）/boot/grub下的所有文件全部丟失

刪除/boot/grub目錄，此時stage2文件丟失，重新啟動系統報錯。進入救援模式，切根后使用grub-install /dev/sda命令修復恢復stage2文件。此外，手動編寫grub.conf文件，提供啟動菜單，最基本的grub.conf文件如下：

default=0
timeout=6
title linux_2.6
kernel /vmlinuz-2.6.32-696.el6.x86_64 root=/dev/sda2
initrd /initramfs-2.6.32-696.el6.x86_64.img

重啟后，正常進入系統。

（六）/boot目錄下的所有文件丟失

/boot目錄下要恢復的文件如下：kernel文件，initramfs文件，grub stage2相關文件，grub.conf文件。這些文件的恢復操作上文都有所提及。

首先進入救援模式，切根（紅框1）之后，掛載光盤（紅框2），將光盤上的內核文件復制到/boot目錄下（紅框3），然后使用mkinitrd命令恢復initramfs文件（紅框4）

使用grub-install命令恢復stage2 相關文件

編輯grub.conf文件

重新啟動成功

（七）/sbin/init文件丟失

重啟后，會因為沒有/sbin/init文件而卡死在啟動過程中。此時重新啟動，編輯啟動項，改為用bash啟動。在bash環境下，用光盤重新安裝init程序對應的軟件包。

啟動項畫面鍵盤a鍵，進入啟動項命令行編輯頁面，指定由/bin/bash代替/sbin/init開始用戶空間的初始化操作，行尾添加init=/bin/bash

重啟后，發現可以在bash環境下操作。此時，用rpm命令查詢/sbin/init文件對應的安裝包為upstart，掛載光盤到/mnt目錄為安裝做準備。由于/目錄掛載狀態為只讀，重新掛載并設置為讀寫。

rpm重新安裝upstart軟件包。因為只是丟失了/sbin/init文件，所以需要添加--force選項強制覆蓋安裝。

重新啟動后，成功進入系統。

（八）/etc/fstab文件和/boot目錄下的所有文件丟失

/boot目錄下的文件丟失的情況，在上文第6條已經說明。但是，由于/etc/fstab文件丟失，在救援模式下執行/etc/rc.d/rc.sysinit初始化時無法掛載分區，救援系統無法自動將根分區掛載至/mnt/sysimage下，使后續對/boot目錄文件丟失的修復操作無法進行。所以這種情況需要分兩步進行：第一步，重建/etc/fstab文件。第二步，重啟進入救援模式，再恢復/boot目錄內容。

第一次進入救援模式，提示找不到硬盤分區。

此時，手動重建/etc/fstab文件。通過fdisk -l /dev/sda命令查看分區表，對每個分區表嘗試掛載，了解分區內容，找到/boot分區和根分區，并在重建/etc/fstab文件中設置掛載信息。（紅框1：確定未能成功掛載到/mnt/sysimage；紅框2：嘗試掛載/dev/sda1，掛載后分區沒有內容，結合fdisk命令提示本分區屬于啟動分區，確定此分區應為/boot分區；紅框3：嘗試掛載/dev/sda2，掛在后分區內容很明顯應為根分區。至于/dev/sda3，在fdisk命令結果已經顯示為swap分區，不用再嘗試掛載了）

此時重建fstab文件，需要注意由于之前根目錄掛載失敗，當前根分區掛載到/mnt/unknown目錄下，則命令應為vi /mnt/unknown/etc/fstab。編輯時可以使用:r!blkid讀入blkid的命令執行結果，加快編輯速度。保存退出，重啟進入救援系統，此時系統正確識別文件系統。

此時的錯誤環境與上文第6條錯誤相同，修復方法參照上文。本次只嘗試在安裝kernel和initramfs文件的過程中，使用rpm命令安裝光盤上的kernel的rpm包，提供另一種修復內核的方式。其他修復過程，完全相同。

此處需要注意的是：由于kernel的安裝文件只破壞了一部分，rpm安裝時必須添加--force選項強制覆蓋，否則會提示已經安裝而修復失敗。

（九）邏輯卷環境下/etc/fstab文件和/boot目錄下的所有文件丟失

與上文第8條錯誤相似，修復的方法也相似，但是需要考慮邏輯卷的特殊情況。重啟進入救援模式，首先使用blkid, fdisk等命令查看磁盤分區情況，/boot目錄不能被邏輯卷掛載，故/dev/sda1是boot分區，而/dev/sda2為邏輯卷。

lvscan命令發現當前的邏輯卷處于非活動狀態，要想掛載邏輯卷，需要激活邏輯卷組，執行vgchange -ay激活所有邏輯卷，再用lvscan查看時發現已經處于活動狀態。由于邏輯卷的名稱非常直觀，省去了掛載邏輯卷查看內容判斷真實掛載分區的步驟。

此時應建立臨時掛載目錄如/mnt/temp，掛載操作mount /dev/VolGroup/lv_root /mnt/temp，隨后手動建立fstab文件于/mnt/temp/etc/目錄下。保存退出后，重啟再次進入救援模式。

此后的修復方式與第8條錯誤的修復方案相似，都是rpm強制重裝kernel的rpm包恢復/boot目錄下的kernel和initramfs文件，接下來是grub-install命令修復/boot/grub下的驅動文件，最后是手動重建/boot/grub/grub.conf文件。（紅框1：切換根目錄，紅框2：掛載光盤，紅框3：rpm重裝kernel包，紅框4：grub-install修復）

在手動建立grub.conf文件時，注意根目錄的名稱此時為邏輯卷，其他沒有變化。

保存重啟，系統正常啟動。