11.開機流程、模塊管理與loader

時間 2019-12-02

標籤開機流程模塊管理 loader 简体版

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Boot Loader:認識操做系統的文件格式，並據以加載核心到主存儲器執行。LILO（早期）、grub（如今主流）、spfdisk(臺灣)linux

BIOS:（Basic Input Output System）"基本輸入輸出系統"。其實，它是一組固化到計算機內主板上一個ROM 芯片上的程序，它保存着計算機最重要的基本輸入輸出的程序、系統設置信息、開機後自檢程序和系統自啓動程序。其主要功能是爲計算機提供最底層的、最直接的硬件設置和控制。vim

CMOS：（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互補金屬氧化物半導體，常指保存計算機基本啓動信息（如日期、時間、啓動設置等）的芯片。有時人們會把CMOS和BIOS混稱，其實CMOS是主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，是用來保存BIOS的硬件配置和用戶對某些參數的設定。windows

PnP設置：(plugin and play)PNP是由Microsoft提出的，意思是系統自動偵測周邊設備和板卡並自動安裝設備驅動程序，作到插上就能用，無須人工干預，是Windows自帶的一項技術。centos

MBR：(master boot record)主要啓動記錄區，每一個開機裝置的第一個啓動扇區bash

INT 13：直接經過控制磁盤控制器來訪問磁盤,但這樣就要涉及許多的硬件細節,如是OS們都藉助於BIOS的int 13h中斷例程來訪問磁盤.網絡

SATA：（Serial Advanced Technology Attachment），是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盤接口規範。ide

IDE：（Integrated Drive Electronics）即「電子集成驅動器」，俗稱PATA並口。工具

/boot/vmlinuz or /boot/vmlinuz-verson ----核心檔案測試

/lib/modules ----模塊的放置位置（驅動程序多以模塊的方式存在，/lib和/必須在同一分區）ui

/boot/initrd or /boot/initrd-verson ----虛擬文件系統，可以透過boot loader加載到內存仿真成一個根目錄，該文件系統還可提供一直程序加載開機過程須要的核心模塊（驅動程序）

/etc/inittab ----/sbin/init的配置文件,包含runlevel等設定項目

/etc/rc.d/rc.sysinit ----這個腳本在加載各項系統服務前設定好系統環境（不一樣的發行版可能會不一樣）【1-12】

/etc/rc.d/rc.local ----用戶自定義的開機啓動腳本

/etc/sysconfig/ ----開機過程涉及到的配置文件

/etc/sysconfig/modules/ ----用戶自定義加載的模塊的位置

/etc/modprobe.conf ----對應自定義模塊的配置文件（系統發現驅動程序錯誤時咱們才須要手動處理），更多信息：man modprobe.conf

/boot/vmlinuz or /boot/vmlinuz-verson ----..核心

/boot/initrd or /boot/initrd-verson ----..核心解壓縮須要藉助的虛擬文件系統

/lib/modules/version/kernel or /lib/modles/$(username -r)/kernel

/usr/src/linux ----核心原始碼，預設不會安裝

/proc/verson ----核心版本

/proc/sys/kernel ----系統核心功能

1 . linux的開機流程分析

1.1開機流程一覽【1-0】

1.2BIOS,boot loader與kenel載入

1.1.1BIOS,開機自測與MBR

1.1.2Boot Loader的主要功能

注意：每一個文件系統（扇區）都會保留一個boot sector(啓動扇區)提供給操做系統安裝boot loader，若是一個系統安裝在A分區，那麼MBR和A分區的boot loader中都會保存一份boot loader.【1-1】

一：提供選單

二：載入核心檔案

三：轉交其它loader

【開機管理程序的選單功能與控制權轉交功能示意圖 1-2】

1.1.3加載核心偵測硬件與initrd的功能

注意：linux將核心解壓縮到主存儲器後開始接管BIOS後的工做，利用核心的功能偵測驅動周邊裝置。核心會從新偵測一遍硬件，不必定會用到BIOS偵測的硬件信息。

# ls --format=single-column -F /boot ----觀察與核心相關的文件【1-3】

【 BIOS與boot loader及核心加載流程示意圖    1-4】

1.現將/boot/initrd複製到/tmp/initrd中，等待解壓縮

        # mkdir /tmp/initrd

# cp /boot/initrd-2.6.18-92.el5.img /tmp/initrd/

# cd /tmp/initrd

# file initrd-2.6.18-92.el5.img     ----查看該文件的格式，發現時gzip壓縮格式

2.將上述檔案解壓縮

        # mv initrd-2.6.18-92.el5.img   initrd-2.6.18-92.el5.gz    ----改爲文件名改成.gz結尾，這樣一來解壓縮軟件就能夠識別了

# gzip -d initrd-2.6.18-92.el5.gz     ----解壓縮

# file initrd-2.6.18-92.el5     ----查看該檔案的類型信息，發現是cpio指令壓縮成的

3.用cpio指令解壓縮

# cpio -ivcdu <   initrd-2.6.18-92.el5 ；ll    ---解壓換個文檔看看虛擬恩建系統是什麼樣子的【1-5】

4.觀察init檔案內重要的執行項目

# cat /tmp/initrd/init ----【1-6】

1.3第一支程序Init及配置文件/etc/inittab與runlevel

1.3.1Run level:執行等級有哪些【1-7】

# cat /etc/inittab ----【1-8,9】

【1-10 inittab的檔案語法】

1.3.2init的處理流程和簡單設置方法【1-11】

1.4init處理系統初始化流程（/ec/rc.d/rc.sysinit）

# cat /etc/rc.d/rc.sysinit ----查看各類服務啓動以前系統的的初始化工做【1-12】

1.5啓動系統服務與相關啓動配置文件（/etc/rc.d/rc N & /etc/sysconfig）

# ll /etc/rc5.d/ ----觀察run level爲5時系統服務的啓動狀況（能夠觀察一下/etc/init.d/rc這個腳本）

1.6用戶自定義開機啓動程序(/etc/rc.d/rc.local)

注意：一種比較麻煩的方法是將自定義的腳本放到/etc/init.d/下，而後在/etc/rc5.d/下創建連結檔，下面給出一般的簡單的方式

# vim /etc/rc.d/rc.local ----該文檔由/etc/rc.d/rc.sysinit在系統初始化時調用

1.7根據/etc/inittab之設定，加載終端機或x-windows接口【1-14】

1.8開機過程會用到的主要配置文件：/etc/modprobe.conf，/etc/sysconfig/*

1.8.1關於模塊：/etc/modprobe.conf【1-15】

1.8.2/etc/sysconfig/*【 1-16 幾個重要配置文件介紹】

1.9Runlevel的切換：runlevel,init

注意：# init 0 ----實現關機；# init 6實現重啓

# renlevel ----查看主機目前的run level

# init 3 ----暫時切換run level爲3（若是想在下次開機時依然生效須要修改/etc/inittab）

# runlevel ----查看變化

2 .核心與核心模塊

/boot/vmlinuz or /boot/vmlinuz-verson ----..核心

/boot/initrd or /boot/initrd-verson ----..核心解壓縮須要藉助的虛擬文件系統

/lib/modules/version/kernel or /lib/modles/$(username -r)/kernel

/usr/src/linux ----核心原始碼，預設不會安裝

/proc/verson ----核心版本

/proc/sys/kernel ----系統核心功能

/lib/moduels/$(uname -r)/modules.dep ----記錄了核心支持的模塊的各項相依相

2.1核心模塊與相依性：depmod

# ll /lib/moduels/$(uname -r)/kernel ----查看核心目下的子目錄【1-18】

depmod 創建核心模塊相依性檔案的指令【1-19】

案例一：假設作好了一個網卡驅動程序a.ko,更新核心相依性

# cp a.ko /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/net ----將驅動模塊放入相應的文件夾中（系統給了特殊定義的文件夾）

# depmod ----該指令會將使以前作好的程序移動到標準放置目錄，並依據相關目錄的定義將全部模塊捉出來分析，最後將分析的結果寫入/lib/moduels/$(uname - r)/modules.dep文檔中

2.2核心模塊的觀察：lsmod,modinfo

# lsmod ----查看目前核心加載的所有模塊，顯示格式（模塊名稱模塊大小被誰使用）【1-20】

# modinfo mi ----查看模塊mi的詳細信息，能夠看到這個模塊的來源以及模塊的說明，該指令還能夠查看模塊的檔案（須要完整檔名）

2.3核心模塊的加載與移除:insmod,modprobe,rmmod

insmod 手動加載模塊指令,要求後面跟模塊（建議使用modprobe，會主動檢查模塊依賴性）

# insmod /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs/cifs/cifs.ko ---手動載這個文件系統相關的模塊，後面必須是（不會自動檢查模塊的依賴性）

# lsmod | grep cifs ----看看是否手動載入成功

rmmod 手動移除模塊，若是有依賴問題將沒法移除【1-22】

# rmmod cifs ----將剛剛加載的模塊移除

modprobe 取代insmod和rmmod，自動解決依賴問題

# modprobe cifs ---- 加載cifs文件系統模塊（不須要完整的檔名,由於完整文件名記錄在/lib/mudules/`uname -r`/modules.dep,而該指令會自動搜尋這個文件）【1-23】

# modprobe -r cifs ----移除這個模塊

案例一：手動加載vfat這二個模塊，而後觀察vfat依賴的模塊

# modprobe vfat ----加載模塊

# lsmod | grep vfat ----觀察發現是fat

2.4核心模塊的額外參數設定：/etc/modprobe.conf

案例一：兩個網絡卡使用贊成該模塊，設置額外的模塊參數防止衝突

# vi /etc/modprobe.conf

alias eth0 ne ----eth0網卡使用ne這個模塊

alias eth1 ne ----eth1網卡也使用這個模塊

options eth0 io=0x300 irq=5 ----強制指定io基地址和中斷請求

options eth1 io=0x320 irq=7

注：查看系統資源配置信息

# cat /proc/interrupts ---- 列出正在使用的IRQ(共16條IRQ請求線)中斷資源

# cat /proc/ioports ----列出正在使用的io端口地址

# cat /proc/dma ----列出正在使用的dma（直接存儲器存取，DMA0-7）通道

3 .Boot loaler:Grub

3.1boot loader的兩個stage

stage1:執行MBR或者boot loader中的最小主程序（只有446bytes的存儲空間，只有最小主程序存儲在裏面）

stage2:主程序加載配置文件（通常來講都在/boot/下面）

# ls -l /boot/grub ----查看與grub有關的配置文件【1-24】

3.2grub的配置文件/boot/grub/menu.lst與選單類型：磁盤代號,menu.lst

注意：grub是目前應用最普遍的開機管理程序，它的特色：【1-25】

3.2.1硬盤與分割槽在grub中的代號【1-26】

案例：假設系統中只有一顆sata硬盤，該硬盤的第一個邏輯分割槽在Linux與grub當中的代號和檔名【1-27】

檔名：/dev/sda5 grub中的代號：（hd0,4）

3.2.2/boot/grub/menu.lst配置文件

# vim /boot/grub/menu.lst ----看看grub的配置文件【1-28,29】

3.2.2.1選單中提供的兩種開機方式

第一種：直接指定核心開機（以/boot獨立分區的情形爲例）

# vim /boot/grub/menu.lst

title CentOS(2.6.18-92.el5) ---- 設置這個選單的標題

root (hda0,0) ----root指核心檔案所在的分區而不是根目錄所在分區，這裏指的是第一塊硬盤的第一個分區(/boot在/dev/hda1爲獨立分區)

kernel /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/1 rhgb quite ----指出核心檔名和根目錄掛載的分區（/1指的是/dev/hda2）,rhgb指色彩顯示，quite是安靜模式

initrd /intrd-2.6.18-92.el5.img ----這裏指出虛擬文件系統的檔名

或者

title CentOS(2.6.18-92.el5)

kernel (hda0,0) /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/1 rhgb quite

initrd (hda0,0) /intrd-2.6.18-92.el5.img

注：/boot獨立分區和非獨立分區各給出一個案例【1-30】

第二種：利用chain loader轉角控制權的方式

# vim /boot/grub/menu.lst

title windows partition ----該案例針對裝在/dev/hda1上的windows

root (hd0,0) ----指出chain loader在第一塊硬盤的第一個分割槽內

chainloader +1 ----在這個分區的第一個扇區（即boot loader的位置）

改進（該分區須要設定爲激活狀態）

title windows partition

hide (hd0,4) ----隱藏/dev/hda5上的linux

rootnoverity (hd0,0) ----grub默認檢查激活狀態，咱們設定不檢查這個分區

chainloader +1

makeactive ----設定此分區爲開機碟

3.3initrd的重要性與創建新的initrd檔案：mkinitrd

注意：initrd未必會被用到，只有當核心不具有某種驅動以識別某些類型的文件系統是才須要，好比驅動在IDE接口的硬盤中就不須要，由於核心具有相關驅動【1-31】

mkinitrd 重置initrd文件的指令【1-32】

案例一

# mkinitrd -v initrd_$(uname -r) $(uname -r) ----以默認方式創建一個新的initrd檔案，指定核心的版本並顯示運做過程

# ll initrd_* ----能夠看看這個檔案創建好了沒【1-33】

案例二

# mkinitrd -v --with=8139too initrd_vbirdtest $(uname -r) ----建立時添加8139too這個模塊，意味着載入虛擬文件系統時會載入這個模塊

3.4測試與安裝grub:grub-install,grub sheel

grub-install 安裝grub配置文件的指令【1-34】

案例一：將grub安裝在目前系統的MBR下，系統所在磁盤爲/dev/hda

# grub-install /dev/hda ---查看/boot/grub下回發先文件已經被更新了

案例二：將grub安裝在某個指定分區的Boot sector內（假設/dev/hda3），注意grub能夠安裝在該系統所掛載的任何一個分區的boot sector內,不妨假設爲/home掛載的位置

# ggrub-install --root-directory=/home /dev/hda3

# ll /home/boot/grub/ ---- 觀察安裝進來沒有

案例三：編輯三個開機選項【1-35】

# vim /boot/grub/menu.lst

    default=0     ----第一個選單爲默認選單

  timeout=30     ----設置等待30秒

  splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz     ----選單背景圖片的位置

#hidenmenu   ----讀秒期間顯示完整的選單畫面（預設隱藏）

title CentOS(2.6.18-92.el5)

  root (hd0,0)     ----root指核心檔案所在的分區而不是根目錄所在分區，這裏指的是第一塊硬盤的第一個分區(/boot在/dev/hda1爲獨立分區)

    kernel /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/1 rhgb quite   ----指出核心檔名和根目錄掛載的分區

  initrd /initrd-2.6.18-92.el5.img     ----虛擬文件系統的檔名

  title /dev/hda1 boot sector <=====================本例中的第一個新增選單（使用/dev/hda1中的boot loader）

  root (hd0,0)

  chainloader +1     ----第一個扇區

  title MBR loader   <=========================新增第二個選單（從新讀取MBR中的boot loader）

  root (hd0)   ----用整顆硬盤的代號表示MBR

  chainloader +1

  title single use mode   <========================新增第三個選單（強制進入單人維護模式）

        root (hd0,0)     ----root指核心檔案所在的分區而不是根目錄所在分區，這裏指的是第一塊硬盤的第一個分區(/boot在/dev/hda1爲獨立分區)

  kernel /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/1 rhgb quite single     ----指出核心檔名和根目錄掛載的分區、單人維護模式

  initrd /initrd-2.6.18-92.el5.img   ----虛擬文件系統的檔名

grub sheel 安裝grub主程序到boot loader的工具

1.幾個經常使用指令

grub> root (hdx,x) 選中含有grub目錄的分區（/boot/grub/所在的分區）

grub> find /boot/grub/stage1 ----看看可否找到安裝信息檔案

grub> find /boot/vmlinuz ----看看可否找到核心文件

grub> setup (hdx,x) ---將grub安裝在該分區上的boot sector

grub> setup (hdx) ----將grub裝在相應硬盤的MBR上

grub> quit ----離開grub sheel

2.幾個案例

案例一

# grub ---進入grub sheel

grub> root (hd0,0) ----/boot/grub在hda1中，grub能分辨出該分割槽的文件系統

grub> find /boot/grub/stage1 ----看看有沒有grub主程序，會顯示裝置的檔名

grub> find /boot/vmlinuz-2.6.18-92.el5 ----搜尋核心(/boot不獨立分區) or find /boot/vmlinuz-2.6.18-92.el5 ----搜尋核心（/boot獨立分區）

grub> setup (hd0) ----將主程序安裝到MBR

grub> setup (hd0,0) ----在/dev/hda1的boot sector中也安裝一份

grub>quit ----退出grub sheel,安裝好的grub主程序會讀取/(hd0,0)/gurb/menu.lst這個配置文件

3.5開機前的額外功能修改

注意：遇到開機問題時能夠嘗試在選單階段從新編輯選單，可是若是grub也故障的話就應該嘗試外部掛載方式啓動了

3.6關於核心功能中的vga設定（修改終端分辨率）

# grep 'FRAMEBUFFER_CONSOLE' /boot/config-2.6.18-92.el5 ----查看核心是否支持終端分辨率的修改

CONFIG_FRAMEBUFFER_CONSOLE=y ----這一行後面爲y表示支持，若是被註釋或者n表示不支持

# vim /boot/grub/menu.lst

title CentOS(2.6.18-92.el5)

kernel (hda0,0) /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/1 rhgb quite vga=790 ----分辨率設置依據表【1-36】

initrd (hda0,0) /intrd-2.6.18-92.el5.img

3.7BIOS沒法讀取大硬盤的問題

緣由：BIOD沒法正確識別大硬盤中kernel和initrd存儲的實際位置

解決方法一（系統安裝前）：根據BIOS至少可以讀取1024磁柱之內的數據，分區時將/boot獨立分區且先分出這個分區給/boot （推薦）

解決方法二（系統安裝後）：簡單一點直接重灌，即從新制做一個分區掛載/boot,保證這個新的/boot掛載的分區在1024轉之內 (推薦)

解決方法三（後）：用光驅開機，藉助grub的可編寫能力進入linux

解決方法四：直接將硬盤的信息寫到BIOS

3.8爲個別選單加上密碼：gurb-md5-crypt

# grub-md5-crypt ----經過這個指令獲得一個對密碼字串加密後的md5值，$.....(以$開頭，以 . 結尾)

# vim /boot/grub/menu.lst ---編輯grub配置文件對選單加密

title CentOS(2.6.18-92.el5)

password --md5 $....... ----這一行具有加密的做用，注意必定是在title底下第一行，這種方式能夠經過編輯模式計入選單修改選單破解

kernel (hda0,0) /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/1 rhgb quite vga=790 ----分辨率設置依據表【1-36】

initrd (hda0,0) /intrd-2.6.18-92.el5.img

升級（用戶想進入編輯模式的話就要輸入密碼）

default=0 ----第一個選單爲默認選單

timeout=30 ----設置等待30秒
password --md5 $....... ----放在總體設置處

splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz ----選單背景圖片的位置

#hidenmenu ----讀秒期間顯示完整的選單畫面（預設隱藏）

title CentOS(2.6.18-92.el5)

lock ----在選單中增長lock字段

kernel (hda0,0) /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/1 rhgb quite vga=790 ----分辨率設置依據表【1-36】

initrd (hda0,0) /intrd-2.6.18-92.el5.img

4 .開機過程當中的問題解決

4.1忘記root密碼的解決之道

第一步：重啓

第二步：開機進入grub選單

第三步：選擇一個進入詳細設定，移動到kernel那一行，e進入編輯狀態

grub edit> kernel /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/ rhgb quite single

第四步：【ENTER】,b,這時進入單人維護模式並獲得一個sheel

第五步：# passwd ----重置root的密碼

第六步：# init 5 ----進入x窗口模式

4.2init配置文件錯誤(/etc/inittab損壞)

第一步：重啓

第二步：開機進入grub編輯狀態

第三步：grub> kernel /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/ rhgb quite init=/bin/bash ----由於執行init時，任何開機模式都須要讀取/etc/inittab文件，所以咱們將實際的init替換爲/bin/bash，從而掠過文件系統直接進入bash sheel

第四步：【ENTER】,b,這時一個sheel工做

第五步：# mount -o remount,rw / ----由於根目錄在開機階段是以只讀的方式掛載的，所以咱們從新以可擦寫狀態掛載

# mount -a ----根據/etc/fstab的內容進行從新掛載文件系統測試

第六步：此時能夠進行救援了（修改/etc/inittab）

第七步：重啓

4.3BIOS磁盤對應的問題（device.map），兩個系統分別安裝在兩顆磁盤

注意：此時BIOS依據設定得到第一個可開機的裝置，並讀取boot loader，即grub，但grub中對磁盤的記錄代號是依據偵測的順序編寫的，可能不對應BIOS的指定

# vim /boot/grub/device.map ----寫死裝置的對應

(fd0) /dev/fd0

(hd0) /dev/hda

或者

# grub-install --recheck /dev/hda1 ----device.map會被主動更新

4.4因文件系統錯誤而沒法開機

【文件系統錯誤示意圖 1-37】

Give root passwd for maintenance

(or type Control-D to continue):****** ----輸入密碼取得bash

# mount -o remount,rw / ----將根目錄從新掛載爲可讀寫狀態

# fsck /dev/md0 ----作quota時出錯的話用fsck進行檢測

clear[Y/N]y ----清理錯誤

4.5利用chroot切換到另外一顆硬盤工做

第一步：進入一個正常的linux系統（cd/u盤/硬盤）

第二步：將故障的linux所在的分區全對應原來分區掛載的位置部進行以下掛載