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Linux 啟動流程以及基礎命令有哪些，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。
固件 (firmware) 是指設備 *** 層的，讓設備得以運行的程序代碼。簡單理解就是：固定在硬件上的軟件。計算機中的許多設備都擁有固件(如硬盤、鼠標、光驅、U 盤等)，在計算機啟動過程中，*** 讀取的就是位于主板上的固件，這個固件當前有兩種類型：傳統的 BIOS 和新的通用性更強的 UEFI。
在上一篇中，我們提到另一種磁盤分區格式 GTP 也是 UEFI 標準的一部分。于是，當前計算機啟動中，出現了兩種不同的方式：BIOS/MBR 和 UEFI/GTP。
在 linux 操作系統的世界中，同樣在經歷著變革，系統初始化軟件 sysvinit 正逐漸被 systemd 取代。
本文將主要講述傳統的 BIOS/MBR– sysvinit 啟動方式，同時，作為補充，也將簡述 UEFI/GTP– systemd 的啟動方式。
BIOS/MBR– sysvinit
1、BIOS 階段
系統加電后會立即讀取 BIOS 中內容并執行，BIOS 中程序的執行包括兩個步驟：
1)加電自檢 POST(power-on self test)，主要負責檢測系統外圍設備 (如 CPU、內存、顯卡、鍵盤鼠標等) 是否正常。如果硬件出現問題，主板會發出不同含義的蜂鳴聲，啟動終止。如果沒有問題，屏幕就會顯示出 CPU、內存、硬盤等信息。
2)自檢完成后，BIOS 會執行一段程序來枚舉本地設備 (如光盤、U 盤、硬盤、網絡等，可以在 BIOS 中設置枚舉順序) 尋找下一階段的啟動程序所在位置。BIOS 會將控制權交給啟動順序 (Boot Sequence) 中排在 *** 位的設備，此時，計算機讀取該設備中的最前面的 512 個字節，如果這 512 個字節的 *** 兩個字節是 0x55 和 0xAA(Magic Number)，表明這個設備可以用于啟動; 如果不是，表明該設備不能用于啟動，控制權于是轉交給啟動順序中的下一個設備。如上一篇所述，硬盤中的最前面的 512 字節即為主引導記錄 MBR。
2、MBR 階段
前一篇中我們描述過 MBR 的結構，其中包括 446 字節的 Bootloader，64 字節的 DPT 和 2 字節的 Magic Number。
Bootloader(引導加載程序)中較常用的一種是 grub，grub 引導分為兩個階段(有些 grub 還定義了 1.5 階段)：
1)BIOS 將 stage1 載入內存中的指定位置 (0x7C00) 并跳轉執行，stage1 的內容即為 MBR 中起始的 446 字節; 此階段執行作用主要是將硬盤 0 磁頭 0 磁道 2 扇區的內容載入到內存 0x8000 處并跳轉執行。
1.5)由于 stage2 的代碼 (較大) 存放在文件系統下的 /boot 分區中(或者 /boot 沒有單獨分區的 /etc/)，因此識別 stage2 文件需要文件系統環境(此時還只能直接讀取硬盤指定位置的內容，并不能識別文件系統)。stage1.5 的作用就是為 stage2 提供文件系統環境，使系統能夠找到位于文件系統中的 stage2 文件。
2)stage2 被載入內存并執行，它首先會解析 grub 的配置文件 menu.lst 即 /boot/grub/grub.conf，該文件中指定了系統內核文件所處的位置，如果沒有找到該文件，就會執行一個 shell，等待用戶手動指定內核文件的位置。此階段的最終狀態就是執行 boot 命令，將內核和 initrd 鏡像載入內存，進而將控制權交給內核。
grub.conf 內容(版本：GNU GRUB 0.97)：
# grub.conf generated by anaconda # # Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file # NOTICE: You have a /boot partition. This means that # all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg. # root (hd0,0) # kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda3 # initrd /initrd-version.img #boot=/dev/sda default=0 timeout=5 splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz hiddenmenu title CentOS (2.6.18-407.el5) root (hd0,0) kernel /vmlinuz-2.6.18-407.el5 ro root=LABEL=/ rhgb quiet initrd /initrd-2.6.18-407.el5.img title CentOS (2.6.18-398.el5) root (hd0,0) kernel /vmlinuz-2.6.18-398.el5 ro root=LABEL=/ rhgb quiet initrd /initrd-2.6.18-398.el5.img文件中 #開頭的行是注釋行，最重要的部分是兩個 title 下面指定的內核位置及具體文件(kernel 和 initrd 項)
3、內核階段
grub 的 stage2 將 initrd 文件加載到內存中，內核于是開始執行 initrd 中的 init 文件，此文件是一個腳本，主要作用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成后，會創建一個根設備，然后將根文件系統 (rootfs) 以只讀的方式掛載。這一步結束后，釋放未使用的內存，轉換到真正的根文件系統中運行程序 /sbin/init，啟動系統 PID 為 1 的進程。此后系統的控制權就交給 /sbin/init 進程了。
4、init 階段
當 init 進程接管了系統的控制權之后，它首先會讀取 /etc/inittab 文件，此文件描述了在特定的運行級別 (runlevel) 下，init 進程該如何初始化系統。
linux 中定義了 7 種運行級別： 0 表示關機 1 表示單用戶模式 2 表示無網絡的多用戶模式 3 表示多用戶模式 4 未使用 5 表示圖形界面模式 6 表示重啟inittab 文件中指定了系統的默認運行級別，如 id:3:initdefault: 表示默認運行級別為 3(多用戶模式)。
init 進程根據 inittab 文件，運行一系列指定的初始化腳本：
1)/etc/rc.d/rc.sysinit 系統初始化腳本，它的作用包括設置主機名和默認網關、決定是否啟用 SELinux、加載用戶自定義模塊、根據文件 /etc/sysctl.conf 設置內核參數、設置 raid 及 LVM 等硬盤功能、重新以讀寫方式掛載根文件系統等等
2)執行 /etc/rc.d/rc 文件，該文件確認由 inittab 指定的運行級別 N，并啟動相應級別下的服務(通過執行 /etc/rc.d/rcN.d 中的文件)，例如運行級別為 3 時，則先執行 /etc/rc.d/rc3.d 下以 K 開頭的文件，然后執行以 S 開頭的文件。這些文件都是指向 /etc/init.d 下的符號鏈接。以 K 開頭的文件表示此運行級別下需要關閉的服務，以 S 開頭的文件表示此運行級別下需要開啟的服務。
3)在運行級別 2、3、4、5 中 *** 一個執行的文件均指向文件 /etc/rc.local, 用戶可以在此文件中自定義啟動內容。
4)之后根據 inittab 中設置，運行 6 個終端，以便用戶登錄系統，如果是運行級別 5，則還會執行 /etc/X11/prefdm -nodaemon 啟動相應的桌面環境。
5)然后執行 /bin/login 程序用于接收和驗證來自 mingetty 的用戶名和密碼。
至此整個系統即啟動完畢了
UEFI/GTP– systemd
UEFI 的出現是為了代替 BIOS，同樣，GTP 和 systemd 也是為了彌補 MBR 和 sysvinit 的不足。和 BIOS 只負責 POST 和找到 MBR 不同，UEFI 將貫穿系統加電到關機的整個過程。粗略劃分，UEFI 系統啟動分為 4 個階段：
1、UEFI 初始化階段
1)SEC(安全驗證)：接收并處理系統啟動和重啟信號，初始化臨時存儲區域，傳遞系統參數給下一階段(即 PEI)。
2)PEI(EFI 前期初始化)：為 DXE 準備執行環境，將需要傳遞到 DXE 的信息組成 HOB(Handoff Block)列表，最終將控制權轉交到 DXE 手中。
3)DXE(驅動執行環境)：根據 HOB 列表初始化系統服務，然后遍歷固件中的所有 Driver，當驅動的依賴資源滿足時，調度 Dirver 到執行隊列執行，直到所有滿足條件的 Dirver 都被加載。
2、操作系統加載器作為 UEFI 應用程序運行階段
1)BDS(啟動設備選擇)：初始化控制臺設備，加載必要的設備驅動，根據系統設置加載和執行啟動項，用戶選中某個啟動項 (或系統進入默認的啟動項) 后，OS Loader 啟動，系統進入 TSL 階段。
UEFI 中程序能夠識別存儲介質上的分區信息和文件系統 (如：fat32)，此時會將 /EFI/boot/grub2.efi(位于 GTP 格式硬盤的一個分區 ESP，安裝時自動生成) 作為 UEFI 應用程序運行。
2)TSL(臨時系統加載)：操作系統加載器 (OS Loader 也位于 ESP 分區) 執行的 *** 階段，在這一階段 OS Loader 作為一個 UEFI 應用程序運行，系統資源仍然由 UEFI 內核控制。當啟動服務的 ExitBootServices()服務被調用后，系統進入 RT(Run Time)階段。
3、操作系統運行階段
RT(運行時)：系統的控制權從 UEFI 內核轉交到 OS Loader 手中，UEFI 占用的各種資源被回收到 OS Loader，僅有 UEFI 運行時服務保留給 OS Loader 和 OS 使用。隨著 OS Loader 的執行，OS 最終取得對系統的控制權。
在 init 作為系統初始化程序時，服務是通過 /etc/rc.d/init.d 中的腳本來管理并且是順序執行的，當使用 systemd 作為系統初始化程序后，這些腳本被服務單元替換，并盡可能的并行啟動進程。
在 systemd 中，一個單元配置文件可以描述如下內容之一：
系統服務(.service) 掛載點(.mount) 套接字(.sockets) 系統設備(.device) 交換分區(.swap) 文件路徑(.path) 啟動目標(.target) 由 systemd 管理的計時器(.timer) ....systemd 為保持向下兼容性還保留了一些 init 命令和概念，但所對應的文件都是指向 systemd 對應命令或文件的符號鏈接：
[root@centos7 temp]# ls -l /sbin/init lrwxrwxrwx. 1 root root 22 1 月 15 2016 /sbin/init - ../lib/systemd/systemd [root@centos7 temp]# ls -l /usr/lib/systemd/system/runlevel*.target lrwxrwxrwx. 1 root root 15 1 月 15 2016 /usr/lib/systemd/system/runlevel0.target - poweroff.target lrwxrwxrwx. 1 root root 13 1 月 15 2016 /usr/lib/systemd/system/runlevel1.target - rescue.target lrwxrwxrwx. 1 root root 17 1 月 15 2016 /usr/lib/systemd/system/runlevel2.target - multi-user.target lrwxrwxrwx. 1 root root 17 1 月 15 2016 /usr/lib/systemd/system/runlevel3.target - multi-user.target lrwxrwxrwx. 1 root root 17 1 月 15 2016 /usr/lib/systemd/system/runlevel4.target - multi-user.target lrwxrwxrwx. 1 root root 16 1 月 15 2016 /usr/lib/systemd/system/runlevel5.target - graphical.target lrwxrwxrwx. 1 root root 13 1 月 15 2016 /usr/lib/systemd/system/runlevel6.target - reboot.targetsystemd 啟動后執行的 *** 個目標是 default.target，但實際上 default.target 是指向 graphical.target 的符號鏈接。
[root@centos7 temp]# ls -l /usr/lib/systemd/system/default.target lrwxrwxrwx. 1 root root 16 1 月 15 2016 /usr/lib/systemd/system/default.target - graphical.target [root@centos7 temp]# cat /usr/lib/systemd/system/graphical.target # This file is part of systemd. # # systemd is free software; you can redistribute it and/or modify it # under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by # the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or # (at your option) any later version. [Unit] Description=Graphical Interface Documentation=man:systemd.special(7) Requires=multi-user.target Wants=display-manager.service Conflicts=rescue.service rescue.target After=multi-user.target rescue.service rescue.target display-manager.service AllowIsolate=yes其中 Requires 行指明了本單元的依賴關系(其他各項意義可以通過命令 man systemd.unit 查看)，順著此文件，可以找到需要執行的單元：multi-user.target、basic.target、sysinit.target、local-fs.target swap.target、local-fs-pre.target。
4、關機階段
AL(After-life)：當系統硬件或操作系統出現嚴重錯誤不能繼續正常運行時，固件會嘗試修復錯誤，這時系統進入 AL 期。UEFI 標準并沒有定義此階段的行為和規范。系統供應商可以自行定義。
相關命令
init
1、init
init 除了在系統初始化時起的重要作用外，還可以用來執行關機、重啟、切換運行級別的作用：
#關機 init 0 #重啟 init 6 # 切換到單用戶模式 init 12、runlevel 顯示運行級別
[root@centos7 temp]# runlevel N 3 [root@centos7 temp]#輸出中 N 表示當前運行級別，如果系統啟動后切換過運行級別，則輸出類似于 3 5 表示之前運行級別為 3，現在的運行級別為 5。
3、halt reboot poweroff shutdown
#立即關機 shutdown -h now #在 11:50 分執行關機 shutdown -h 11:50 #如果要取消指定時間的關機，則在另一個終端中執行： shutdown -c # 過 30 分鐘之后重啟系統，并且重啟時不進行磁盤檢測 shutdown -fr +304、chkconfig 更新或查詢服務的運行級別信息
#列出服務(還會列出 xinetd 管理的服務) chkconfig --list #增加一個服務 chkconfig --add httpd # 使服務在運行級別 2、3、5 時自啟動 chkconfig --level 235 httpd on5、service 運行服務腳本(服務腳本位于 /etc/init.d 內，service 本身也是腳本，位于 /sbin 內)
#列出所有服務狀態 service --status-all #列出單個服務狀態 service nginx status #啟動服務 service nginx start #停止服務 service nginx stop #重啟服務 service nginx restart # 重新加載配置文件 service nginx reloadsystemd
systemd 并不是一個命令，而是一組命令，涉及到系統管理的方方面面。
1、systemctl 控制 systemd 系統和管理服務
systemctl [OPTIONS...] COMMAND [NAME...]如切換運行級別或開關機：
#重啟(將執行 reboot.target) systemctl reboot #暫停(將執行 suspend.target) systemctl suspend #休眠(將執行 hibernate.target) systemctl hibernate #切換至救援模式(單用戶，將執行 rescue.target) systemctl rescue #列出運行級別 systemctl get-default # 切換到運行級別 5，即圖形模式 systemctl isolate graphical.target系統服務單元相關：
#列出正在運行的 Unit systemctl list-units #列出所有的 Unit systemctl list-units --all #列出所有加載失敗的 Unit systemctl list-units --failed # 列出 Unit 時指定類型 systemctl list-units --type=socket系統和服務管理：
#系統狀態 systemctl status #服務狀態(.service 可以省略) systemctl status nginx.service #啟動服務 systemctl start nginx #停止服務 systemctl stop nginx #重啟服務 systemctl restart nginx #重新加載配置文件 systemctl reload nginx #設置服務開機啟動 systemctl enable nginx #列出所有安裝的服務 systemctl list-unit-files # 指定類型 systemctl list-unit-files --type=target還有許多其他選項，這里就不一一列舉了。
2、systemd-analyze 查看啟動用時
[root@centos7 ~]# systemd-analyze Startup finished in 730ms (kernel) + 1.904s (initrd) + 9.909s (userspace) = 12.544s輸出顯示了系統啟動過程中各部分耗時
#各服務初始化用時 [root@centos7 ~]# systemd-analyze blame 5.424s NetworkManager-wait-online.service 1.830s dev-mapper-centos\x2droot.device 1.055s firewalld.service 980ms kdump.service 549ms network.service .... # 輸出各服務用時細節并寫入文件(該文件可以用瀏覽器或圖片查看器打開) [root@centos7 ~]# systemd-analyze plot file.svg # 序列化輸出各服務詳細完整的狀態信息(輸出內容很多，略) [root@centos7 ~]# systemd-analyze dump3、systemd-cgls 遞歸顯示控制組 (Cgroups) 信息
linux 內核從版本 2.6.24 開始，引入了一個叫做控制組 (control groups) 的特性，是用于限制、記錄、隔離進程組 (process groups) 所使用的物理資源 (如：cpu,memory,IO 等等) 的機制。關于 Cgroups 的內容本文不再展開。
[root@centos7 ~]# systemd-cgls ├─1 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root --system --deserialize 21 ├─user.slice │ └─user-0.slice │ ├─session-182.scope │ │ ├─5165 sshd: root@pts/1 │ │ ├─5167 -bash │ │ ├─5409 systemd-cgls .... ....4、systemd-cgtop 顯示各控制組的使用量(CPU, 內存,IO)
顯示效果類似命令 top
[root@centos7 ~]# systemd-cgtop Path Tasks %CPU Memory Input/s Output/s / 161 0.2 400.5M - - /system.slice/NetworkManager.service 1 - - - - /system.slice/auditd.service 1 - - - - /system.slice/crond.service 1 - - - - /system.slice/dbus.service 1 - - - - /system.slice/firewalld.service 1 - - - - ....5、systemd-loginctl 控制 systemd 登錄管理
此命令是命令 loginctl 的符號鏈接
#列出當前會話 [root@centos7 ~]# systemd-loginctl list-sessions SESSION UID USER SEAT 182 0 root 154 0 root 2 sessions listed. #列出當前登錄用戶 [root@centos7 ~]# loginctl list-users UID USER 0 root 1 users listed. # 列出顯示指定用戶的信息 [root@centos7 ~]# loginctl show-user root UID=0 GID=0 Name=root Timestamp= 三 2016-12-21 08:38:54 CST TimestampMonotonic=77015538361 RuntimePath=/run/user/0 Slice=user-0.slice Display=154 State=active Sessions=182 154 IdleHint=no IdleSinceHint=0 IdleSinceHintMonotonic=0 Linger=no [root@centos7 ~]#6、timedatectl 系統時間和日期控制
[root@centos7 ~]# timedatectl Local time: 三 2016-12-21 13:47:31 CST Universal time: 三 2016-12-21 05:47:31 UTC RTC time: 三 2016-12-21 05:47:31 Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800) NTP enabled: n/a NTP synchronized: no RTC in local TZ: no DST active: n/a # 設置時間 [root@centos7 ~]# timedatectl set-time 2012-10-30 18:17:16 #列出時區 [root@centos7 ~]# timedatectl list-timezones Africa/Abidjan Africa/Accra Africa/Addis_Ababa Africa/Algiers Africa/Asmara .... # 設置時區 [root@centos7 ~]# timedatectl set-timezone America/New_York7、hostnamectl 系統主機名控制
#狀態 [root@centos7 ~]# hostnamectl status Static hostname: centos7 Icon name: computer-vm Chassis: vm Machine ID: 956ab824a02d489d85b079cb442d5442 Boot ID: 9016d7627d8148ecb7fb77afaa89aeab Virtualization: vmware Operating System: CentOS Linux 7 (Core) CPE OS Name: cpe:/o:centos:centos:7 Kernel: Linux 3.10.0-327.el7.x86_64 Architecture: x86-64 #設置主機名(內核參數 /proc/sys/kernel/hostname 和文件 /etc/hostname 中都立即更新) [root@centos7 ~]# hostnamectl set-hostname MYHOST # 重新登錄后主機名即變為 myhost(靜態主機名) [root@centos7 ~]# hostnamectl Static hostname: myhost Pretty hostname: MYHOST Icon name: computer-vm Chassis: vm Machine ID: 956ab824a02d489d85b079cb442d5442 Boot ID: 9016d7627d8148ecb7fb77afaa89aeab Virtualization: vmware Operating System: CentOS Linux 7 (Core) CPE OS Name: cpe:/o:centos:centos:7 Kernel: Linux 3.10.0-327.el7.x86_64 Architecture: x86-64以上 systemd 相關所有命令(除 systemd-cgls 和 systemd-cgtop 外)，都可以使用選項 - H 指定遠程基于 systemd 的主機(使用 ssh 協議)：
[root@centos7 ~]# hostnamectl -H 10.0.1.252 Static hostname: idc-v-71252 Icon name: computer-vm Chassis: vm Machine ID: 956ab824a02d489d85b079cb442d5442 Boot ID: 9016d7627d8148ecb7fb77afaa89aeab Virtualization: vmware Operating System: CentOS Linux 7 (Core) CPE OS Name: cpe:/o:centos:centos:7 Kernel: Linux 4.4.4-1.el7.elrepo.x86_64 Architecture: x86-64systemd 功能強大，使用方便，但也比較復雜，體系龐大。
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