Linux系统启动流程梳理

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。 

 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。

[e-mail]>13:41:26/boot]#ll 
total 32268
-rw-r--r--. 1 root root   108282 Jun 20 05:29 config-2.6.32-754.el6.x86_64
drwxr-xr-x. 3 root root     4096 Jul 23 23:17 efi
drwxr-xr-x. 2 root root     4096 Jul 23 23:19 grub
-rw-------. 1 root root 25716039 Jul 23 23:19 initramfs-2.6.32-754.el6.x86_64.img
drwx------. 2 root root    16384 Jul 23 23:10 lost+found
-rw-r--r--. 1 root root   216063 Jun 20 05:30 symvers-2.6.32-754.el6.x86_64.gz
-rw-r--r--. 1 root root  2652834 Jun 20 05:29 System.map-2.6.32-754.el6.x86_64
-rwxr-xr-x. 1 root root  4315504 Jun 20 05:29 vmlinuz-2.6.32-754.el6.x86_64

 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。

在centos5/6中系统启动初始化进程中的第一个进程就是（init）

[[e-mail]>13:41:46/boot]#pstree
init─┬─NetworkManager─┬─2*[dhclient]
     │                └─{NetworkManager}
     ├─abrtd
     ├─acpid
     ├─atd
     ├─auditd───{auditd}
     ├─automount───4*[{automount}]
     ├─bluetoothd
     ├─bonobo-activati───{bonobo-activat}
     ├─certmonger
     ├─console-kit-dae───63*[{console-kit-da}]
     ├─crond
     ├─cupsd
     ├─2*[dbus-daemon]
     ├─dbus-launch
     ├─devkit-power-da
     ├─gconfd-2
     ├─gdm-binary─┬─gdm-simple-slav─┬─Xorg───4*[{Xorg}]
     │            │                 ├─gdm-session-wor

 查看init进程在哪个目录中

[[e-mail]>13:44:52/boot]#which init
/sbin/init

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。

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（**root密码的方法：linux系统root密码遗忘的情况下的解决办法）
2：无网络（NFS）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）

[[e-mail]>13:51:30/boot]#cat /etc/inittab    
# inittab is only used by upstart for the default runlevel.
#
# ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.
#
# System initialization is started by /etc/init/rcS.conf
#
# Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf
#
# Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf
#
# Terminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,
# with configuration in /etc/sysconfig/init.
#
# For information on how to write upstart event handlers, or how
# upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).
#
# Default runlevel. The runlevels used are:
#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
#   1 - Single user mode
#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
# 
id:5:initdefault:

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：

[[e-mail]>13:51:30/boot]#cat /etc/inittab

d: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有哪些什么程序呢，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。

[[e-mail]>13:55:11/etc]#cd /etc/rc.d
[[e-mail]>13:55:21/etc/rc.d]#ls
init.d  rc  rc0.d  rc1.d  rc2.d  rc3.d  rc4.d  rc5.d  rc6.d  rc.local  rc.sysinit

　  /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。

[[e-mail]>13:55:35/etc/rc.d]#ll rc3.d/
total 0
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul 23 23:17 K01smartd -> ../init.d/smartd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:16 K02oddjobd -> ../init.d/oddjobd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:18 K05wdaemon -> ../init.d/wdaemon
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul 23 23:17 K10psacct -> ../init.d/psacct
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:16 K10saslauthd -> ../init.d/saslauthd
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Jul 23 23:15 K15htcacheclean -> ../init.d/htcacheclean
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 23 23:15 K15httpd -> ../init.d/httpd
lrwxrwxrwx. 1 root root 24 Jul 23 23:17 K30spice-vdagentd -> ../init.d/spice-vdagentd
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul 23 23:16 K36mysqld -> ../init.d/mysqld
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:15 K50dnsmasq -> ../init.d/dnsmasq
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 23 23:22 K50kdump -> ../init.d/kdump
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Jul 23 23:15 K60nfs -> ../init.d/nfs
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Jul 23 23:17 K61nfs-rdma -> ../init.d/nfs-rdma
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Jul 23 23:15 K69rpcsvcgssd -> ../init.d/rpcsvcgssd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:15 K73winbind -> ../init.d/winbind
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Jul 23 23:22 K74ntpd -> ../init.d/ntpd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:15 K75ntpdate -> ../init.d/ntpdate
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:17 K75quota_nld -> ../init.d/quota_nld
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul 23 23:15 K76ypbind -> ../init.d/ypbind
lrwxrwxrwx. 1 root root 24 Jul 23 23:15 K84wpa_supplicant -> ../init.d/wpa_supplicant
lrwxrwxrwx. 1 root root 21 Jul 23 23:14 K87restorecond -> ../init.d/restorecond
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Jul 23 23:14 K88sssd -> ../init.d/sssd
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Jul 23 23:14 K89netconsole -> ../init.d/netconsole
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 23 23:14 K89rdisc -> ../init.d/rdisc
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Aug 28 04:53 K92iptables -> ../init.d/iptables
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Jul 23 23:15 K92pppoe-server -> ../init.d/pppoe-server
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:22 K95firstboot -> ../init.d/firstboot
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Jul 23 23:17 K99rngd -> ../init.d/rngd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:16 S01sysstat -> ../init.d/sysstat
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Jul 23 23:17 S02lvm2-monitor -> ../init.d/lvm2-monitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Jul 23 23:17 S05rdma -> ../init.d/rdma
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:16 S08ip6tables -> ../init.d/ip6tables
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:14 S10network -> ../init.d/network
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul 23 23:17 S11auditd -> ../init.d/auditd
lrwxrwxrwx. 1 root root 21 Jul 23 23:13 S11portreserve -> ../init.d/portreserve
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:15 S12rsyslog -> ../init.d/rsyslog
lrwxrwxrwx. 1 root root 18 Jul 23 23:17 S13cpuspeed -> ../init.d/cpuspeed
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Jul 23 23:16 S13irqbalance -> ../init.d/irqbalance
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:13 S13rpcbind -> ../init.d/rpcbind
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:15 S15mdmonitor -> ../init.d/mdmonitor
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Jul 23 23:13 S22messagebus -> ../init.d/messagebus
lrwxrwxrwx. 1 root root 24 Jul 23 23:16 S23NetworkManager -> ../init.d/NetworkManager
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:16 S24nfslock -> ../init.d/nfslock
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul 23 23:15 S24openct -> ../init.d/openct
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:16 S24rpcgssd -> ../init.d/rpcgssd
lrwxrwxrwx. 1 root root 26 Jul 23 23:14 S25blk-availability -> ../init.d/blk-availability
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Jul 23 23:14 S25cups -> ../init.d/cups
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 23 23:14 S25netfs -> ../init.d/netfs
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 23 23:17 S26acpid -> ../init.d/acpid
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:15 S26haldaemon -> ../init.d/haldaemon
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:14 S26udev-post -> ../init.d/udev-post
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 23 23:15 S27pcscd -> ../init.d/pcscd
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Jul 23 23:16 S28autofs -> ../init.d/autofs
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:16 S50bluetooth -> ../init.d/bluetooth
lrwxrwxrwx. 1 root root 14 Jul 23 23:17 S55sshd -> ../init.d/sshd
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Jul 23 23:16 S80postfix -> ../init.d/postfix
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 23 23:13 S82abrtd -> ../init.d/abrtd
lrwxrwxrwx. 1 root root 19 Jul 23 23:13 S83abrt-ccpp -> ../init.d/abrt-ccpp
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Jul 23 23:16 S90crond -> ../init.d/crond
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Jul 23 23:15 S95atd -> ../init.d/atd
lrwxrwxrwx. 1 root root 20 Jul 23 23:15 S99certmonger -> ../init.d/certmonger
lrwxrwxrwx. 1 root root 11 Jul 23 23:14 S99local -> ../rc.local

可以看到：

运行级别参数传入/etc/rc.d/rc这个脚本文件之后，由这个脚本按照不同的运行级别启动/etc/rc[0-6].d/目录中的相应的程序，会按照数字的顺序启动或关闭。如下图所示:

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。

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

[[e-mail]>14:05:43/etc/rc.d]#ls -l  /etc/rc3.d
lrwxrwxrwx. 1 root root 10 Jul 23 23:14 /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：

[[e-mail]>14:05:43/etc/rc.d]/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。

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。

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。

Linuix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。

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。

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