Linux系統啟動過程及其修復過程簡析(CentOS5、6)

阿新 • • 發佈：2020-10-19

Linux組成

Linux: kernel+rootfs

kernel: 程序管理、記憶體管理、網路管理、驅動程式、檔案系統、安全功能

rootfs:程式和glibc

庫：函式集合, function, 呼叫介面（標頭檔案負責描述）

過程呼叫：procedure，無返回值

函式呼叫：function

程式：二進位制執行檔案

核心設計流派：

單核心(monolithic kernel)：Linux

把所有功能集成於同一個程式

微核心(micro kernel)：Windows, Solaris

每種功能使用一個單獨子系統實現

核心

Linux核心特點：

支援模組化：.ko（核心物件）

如：檔案系統，硬體驅動，網路協議等

支援核心模組的動態裝載和解除安裝

組成部分：

核心檔案：/boot/vmlinuz-VERSION-release

ramdisk：輔助的偽根系統

CentOS 5: /boot/initrd-VERSION-release.img

CentOS6,7: /boot/initramfs-VERSION-release.img

模組檔案：/lib/modules/VERSION-release

示例：Linux的核心檔案

CentOS 6的啟動流程

1.載入BIOS的硬體資訊，獲取第一個啟動裝置

2.讀取第一個啟動裝置MBR的引導載入程式(grub)的啟動資訊

3.載入核心作業系統的核心資訊，核心開始解壓縮，並嘗試驅動所有的硬體裝置

4.核心執行init程式，並獲取預設的執行資訊

5.init程式執行/etc/rc.d/rc.sysinit檔案

6.啟動核心的外掛模組

7.init執行執行的各個批處理檔案(scripts)

8.init執行/etc/rc.d/rc.local

9.執行/bin/login程式，等待使用者登入

10.登入之後開始以Shell控制主機

Linux啟動流程

1、POST：Power-On-Self-Test，加電自檢，是BIOS功能的一個主要部分。負責完成對CPU、主機板、記憶體RAM、硬碟子系統、顯示子系統、串並行介面、鍵盤、CD-ROM光碟機等硬體情況的檢測。

ROM：BIOS，Basic Input and Output System，儲存著有關計算機系統最重要的基本輸入輸出程式，系統資訊設定、開機加電自檢程式和系統啟動自舉程式等。

RAM：CMOS互補金氧半導體，儲存各項引數的設定按次序查詢引導裝置，第一個有載入程式的裝置為本次啟動裝置

2、MBR:

其中Bootloader佔據446位元組，分割槽表佔據64位元組，magic num佔據2位元組。MBR將載入Bootloader去開始後邊的工作。

3、bootloader: 引導載入器，載入程式

Linux：功能豐富，提供選單，允許使用者選擇要啟動系統或不同的核心版本；把使用者選定的核心裝載到記憶體中的特定空間中，解壓、展開，並把系統控制權移交給核心

LILO：Linux Loader

Bootloader（核心載入器）位於第0磁軌第0扇區的446位元組是最前邊的446位元組！Bootloader的工作機制：bootloader可以訪問檔案系統，而核心則作為檔案而存在。所以bootloader可以訪問核心檔案，深入的說bootloader訪問核心檔案時，是將核心檔案Vmlinz所在的整個分割槽當作根去訪問的，如訪問/Vmlinz而根"/"本身的存在位置是由核心檔案自己決定。（因為每個檔案必須要有一個自己的起始路徑）現代我們常用的核心載入器是grub（Grand Unified Bootloader）以此grub來載入核心。載入核心之前grub所做的工作

4、GRUB:就是MBR中的前 446 個位元組，是BooTLoader的一種，它的作用是要選擇要啟動的核心

primary boot loader : 1st stage，1.5 stage

secondary boot loader ：2nd stage，分割槽檔案

/boot/grub資料夾裡面有各種啟動的檔案備份

主要是由device.map，menulst，stage1,stage2,以及一系列的stage1_5組成。

device.map：存放的是核心檔案的根分割槽

grub.conf：就是選單列表。裡面設定了可以選擇的核心選單，存放於stage2中。

stage：用於grub載入程式過大，所以分2段引導，第一段存放在MBR中，第二段存放於核心檔案系統中，第一段引導完成後可以找到第二段。但是，第二段是存放於核心檔案系統中的，此時還沒有格式化檔案系統，如何可以訪問到第二段的 menu.lst 呢？？就需要藉助於中間層 stage1_5，有它來協助 stage1 段來訪問 stage2 段。stage1_5通常位於 stage1 欄位後的 63 個扇區。由於stage2 在記憶體中存放可以使用的檔案系統不確定，所以這就是有多個 stage1_5 的原因了。

示例:grub.conf檔案

5、kernel：

自身初始化：

探測可識別到的所有硬體裝置

載入硬體驅動程式（可能借助於ramdisk載入驅動）

以只讀方式掛載根檔案系統

執行使用者空間的第一個應用程式：/sbin/init

系統啟動流程

init程式的型別：

SysV: init, CentOS 5之前

配置檔案：/etc/inittab

Upstart: init,CentOS6

配置檔案：/etc/inittab ， /etc/init/*.conf

Systemd：systemd, CentOS 7

配置檔案：/usr/lib/systemd/system ，/etc/systemd/system

ramdisk：

核心中的特性之一：使用緩衝和快取來加速對磁碟上的檔案訪問

ramdisk--> ramfs提高速度

CentOS 5: initrd, 工具程式：mkinitrd

CentOS 6: initramfs，工具程式：mkinitrd, dracut

系統初始化：

POST --> BootSequence(BIOS) --> Bootloader(MBR) --> kernel(ramdisk) --> rootfs(只讀) --> init（systemd）

/sbin/initCentOS 6之前

執行級別：為系統執行或維護等目的而設定；0-6：7個級別

0：關機

1：單使用者模式(root自動登入), single, 維護模式

2: 多使用者模式，啟動網路功能，但不會啟動NFS；維護模式

3：多使用者模式，正常模式；文字介面

4：預留級別；可同3級別

5：多使用者模式，正常模式；圖形介面

6：重啟

預設級別：3（多使用者CLI模式）, 5（圖形化模式）

切換級別：init#

檢視級別：runlevel; who -r

init讀取其初始化檔案：/etc/inittab

初始執行級別(RUN LEVEL)

系統初始化指令碼

對應執行級別的指令碼目錄

捕獲某個關鍵字順序

定義UPS電源終端/恢復指令碼

在虛擬控制檯生成getty

在執行級別5初始化X

CentOS 5的inittab檔案

配置檔案：/etc/inittab

每一行定義一種action以及與之對應的process

id:runlevel:action:process

action:

wait: 切換至此級別執行一次

respawn：此process終止，就重新啟動之

initdefault：設定預設執行級別；process省略

sysinit：設定系統初始化方式，此處一般為指定

/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

CentOS 6 /etc/inittab和相關檔案

/etc/inittab

設定系統預設的執行級別

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

示例:CentOS6的/etc/inittab檔案。如果需要設定為圖形化啟動，把3改成5即可

/etc/rc.d/rc.sysinit: 系統初始化指令碼

(1) 設定主機名

(2) 設定歡迎資訊

(3) 啟用udev和selinux

(4) 掛載/etc/fstab檔案中定義的檔案系統

(5) 檢測根檔案系統，並以讀寫方式重新掛載根檔案系統

(6) 設定系統時鐘

(7) 啟用swap裝置

(8) 根據/etc/sysctl.conf檔案設定核心引數

(9) 啟用lvm及software raid裝置

(10) 載入額外裝置的驅動程式

(11) 清理操作

說明：rcN --> 意味著開機讀取/etc/rc.d/rcN.d/

K*: K##*：##執行次序；數字越小，越先執行；數字越小的服務，通常為依賴到別的服務

S*: S##*：##執行次序；數字越小，越先執行；數字越小的服務，通常為被依賴到的服務

啟動服務的指令碼：

for srvin /etc/rc.d/rcN.d/K*; do

$srv stop

done

for srvin /etc/rc.d/rcN.d/S*; do

$srv start

done

示例：屬於init3開機級別的服務程序檔案

chkconfig命令 --檢視服務在所有級別的啟動或關閉設定情形：

chkconfig [--list] [name]

新增：

SysV的服務指令碼放置於/etc/rc.d/init.d(/etc/init.d)

chkconfig --add name

#!/bin/bash

#LLLL 表示初始在哪個級別下啟動，-表示都不啟動

# chkconfig: LLLL nnnn

刪除：

chkconfig --del name

修改指定的連結型別

chkconfig [--level levels] name <on|off|reset>

--level LLLL: 指定要設定的級別；省略時表示2345

ntsysv命令：圖形化的chkconfig命令

示例:製作一個模擬服務程序，並啟動它。

#chkconfig:2345表示能被這幾個級別的init程式執行，88表示啟動優先順序，22表示關閉優先順序

把指令碼複製到/etc/init.d/目錄下面

新增指令碼到服務裡面，可以看見指令碼預設的啟動級別了，這個是根據腳本里面來定義的

可以關閉某些執行的級別

可以檢視到/etc/rc.d/rcN.d/資料夾下面的各種K和S打頭的testservice檔案

可以用chkconfig --level N SERVICE on | off 修改服務的開機預設開啟狀態

可以看見，其實/etc/rc.d/rcN.d/下面的K和S打頭的檔案就是一個軟連結而已~

至於為什麼這些只是一個軟連結的檔案，大家可以參考/etc/rc.d/rc的腳本里面可以看到

例如這裡定義K開頭的服務，這裡只是rc指令碼的一部分。

測試此服務開啟，關閉

守護程序：xinetd管理的服務（很多的服務依賴於此服務）

service 命令：手動管理服務

service 服務start|stop|restart

service --status-all

瞬態（Transient）服務被xinetd程序所管理

進入的請求首先被xinetd代理

配置檔案：/etc/xinetd.conf、/etc/xinetd.d/<service>

與libwrap.so檔案連結

用chkconfig控制的服務：

chkconfigtftpon

注意：正常級別下，最後啟動一個服務S99local沒有連結至/etc/rc.d/init.d一個服務指令碼，而是指向了/etc/rc.d/rc.local指令碼

不便或不需寫為服務指令碼放置於/etc/rc.d/init.d/目錄，且又想開機時自動執行的命令，可直接放置於/etc/rc.d/rc.local檔案中

/etc/rc.d/rc.local在指定執行級別指令碼後執行

可以根據情況，進行自定義修改

總結：/sbin/init--> (/etc/inittab) --> 設定預設執行級別--> 執行系統初始指令碼、完成系統初始化--> (關閉對應下需要關閉的服務)啟動需要啟動服務--> 設定登入終端

CentOS 6 init程式為: upstart, 其配置檔案：

/etc/inittab, /etc/init/*.conf，配置檔案的語法遵循upstart配置檔案語法格式，和CentOS5不同

示例：破解CentOS5和6的root口令

首先，在進入選單這裡，點選a進入編輯核心引數

在引數後面加一個1 | s | S | singel 引數都可以，然後輸入回車，進入單機模式

在單機模式下面，直接輸入passwd命令修改root賬號密碼，搞定。

grub legacy

CentOS 6啟動流程：

POST --> Boot Sequence(BIOS) --> Boot Loader --> Kernel(ramdisk) --> rootfs--> switchroot--> /sbin/init-->(/etc/inittab, /etc/init/*.conf) --> 設定預設執行級別--> 系統初始化指令碼rc.sysinit--> 關閉或啟動對應級別的服務--> 啟動終端

grub: GRand Unified Bootloader

grub 0.97: grub legacy

grub 2.x: grub2

grub legacy:

stage1: mbr

stage1_5: mbr之後的扇區，讓stage1中的bootloader能識別stage2所在的分割槽上的檔案系統

stage2：磁碟分割槽(/boot/grub/)

配置檔案：/boot/grub/grub.conf <--/etc/grub.conf(軟連結)

stage2及核心等通常放置於一個基本磁碟分割槽

功用：

(1) 提供啟動選單、並提供互動式介面

a：核心引數

e: 編輯模式，用於編輯選單

c: 命令模式，互動式介面

(2) 載入使用者選擇的核心或作業系統

允許傳遞引數給核心

可隱藏啟動選單

(3) 為選單提供了保護機制

為編輯啟動選單進行認證

為啟用核心或作業系統進行認證

grub的命令列介面

help: 獲取幫助列表

help KEYWORD: 詳細幫助資訊

find (hd#,#)/PATH/TO/SOMEFILE：

root (hd#,#)

kernel /PATH/TO/KERNEL_FILE: 設定本次啟動時用到的核心檔案；額外還可新增許多核心支援使用的cmdline引數

例如：max_loop=100 selinux=0init=/path/to/init

initrd/PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 設定為選定的核心提供額外檔案的ramdisk

boot: 引導啟動選定的核心

cat /proc/cmdline 檢視核心的位置

核心引數文件:/usr/share/doc/kernel-doc-2.6.32/Documentation/kernel-parameters.txt

識別硬碟裝置：

(hd#,#)

hd#: 磁碟編號，用數字表示；從0開始編號

#: 分割槽編號，用數字表示; 從0開始編號

(hd0,0) 第一塊硬碟，第一個分割槽

手動在grub命令列介面啟動系統：

grub> root (hd#,#)

grub> kernel /vmlinuz-VERSION-RELEASE roroot=/dev/DEVICE

grub> initrd/initramfs-VERSION-RELEASE.img

grub> boot

配置檔案：/boot/grub/grub.conf

default=#: 設定預設啟動的選單項；落單項(title)編號從0開始

timeout=#：指定選單項等待選項選擇的時長

splashp_w_picpath=(hd#,#)/PATH/TO/XPM_FILE：選單背景圖片檔案路徑

hiddenmenu：隱藏選單

password [--md5] STRING: 啟動選單編輯認證

title TITLE：定義選單項“標題”, 可出現多次

root (hd#,#)：grub查詢stage2及kernel檔案所在裝置分割槽；為grub“根”

kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [PARAMETERS]：啟動的核心

initrd/PATH/TO/INITRAMFS_FILE: 核心匹配的ramfs檔案

password [--md5] STRING: 啟動選定的核心或作業系統時進行認證

grub-md5-crypt命令

破解root口令：

啟動系統時，設定其執行級別1

進入單使用者模式：

(1) 編輯grub選單(選定要編輯的title，而後使用e命令);

(2) 在選定的kernel後附加1, s, S或single都可以；

(3) 在kernel所在行，鍵入“b”命令

openssl命令

openssl passwd -1 密碼加密

openssl passwd -salt "HRSby" -1 指定鹽為"HRSby"

grub安裝

安裝grub：

(1) grub-install

安裝grub stage1和stage1_5到/dev/DISK磁碟上，並複製GRUB相關檔案到DIR/boot目錄下

grub-install --root-directory=DIR /dev/DISK

(2) grub

grub> root (hd#,#)

grub> setup (hd#)

示例1：新建一個啟動項，並且調整核心引數

修改grub.conf檔案的引數

default=1 即是開機的時候預設啟動第二個選項，預設是0

password --md5 XXX 那裡的意思，如果在title前面，那麼進入選單欄前面的時候會提示輸入密碼，

如果在title後面。那麼在進入指定的選單的時候，會提示輸入密碼。

kernel 核心後面加了max_loop=20 selinux=0 rhgb quiet，一會看一下效果

然後在此處，預設選中了剛建立的Hello Linux的啟動選單

在進入選單後，會發現，提示我們輸入密碼

kernel rhgb quiet 的效果，靜默進入作業系統，這個功能不建議選用，因為看不到開機的啟動選單

如果沒有核心引數rhgb quiet的話，我們可以看見每個程序的開機自檢過程

kernel max_loop=20的效果,預設的話只有7個

示例2：當引導有問題的時候，手動輸入命令啟動系統

假如grub裡面設定了系統啟動密碼

啟動的時候發現忘記了密碼，囧，怎麼辦

此時可以退回選單，選擇c的的cli啟動方式。

手動輸入root的位置，核心，以及initramfss的位置，然後輸入boot載入

因為selinux的關係，啟動的時候可能系統會進行自檢，此時等待一會就可以了，又後者可以在核心引數那裡直接新增selinux=0來跳過系統自檢

然後發現已經可以登陸進去系統了，此時再登陸進去，然後把grub.conf裡面的password刪掉就可以了

示例3：分割槽情況下，刪除/boot 和/etc/fstab，破壞446位元組的mbr資訊，並恢復之

首先，破壞mbr前446個位元組，把/boot目錄下面所有的檔案刪除，把/etc/grub.conf檔案刪除

此時再重啟，會發現，計算機根本就識別不到硬碟上面的系統

此時我們放入光碟（此步驟也可以從其他有同樣檔案的地方來scp拷一份過來）

載入光盤裡面的救援模式

然後進去救援模式，會提示我們的計算機上面沒有發現linux分割槽，因為我們前面把分割槽表破壞了

此處選擇開啟shell就可以

進入到救援模式的cli介面，此時需要操作的是：

假設我們並不瞭解此計算機的分割槽，首先要查詢原來的分割槽表，此時可以用用lsblk命令檢視到此前系統的塊裝置資訊，雖然可以看到塊裝置資訊，但是我們還是不能夠了解此前的分割槽資訊，df命令出來的結果也並沒有顯示，所以，此時我們只能夠推斷此前的/根目錄是在哪個位置。
建立一個空的目錄，然後把塊裝置掛載到此目錄
通過掛載，然後ls檢視裡面的資訊，然後可以推斷出來此前的根目錄大概是哪裡，還有boot分割槽在哪裡，找到根目錄和boot目錄，然後就可以進入下一步的操作了
建立/etc/fstab檔案，以儲存我們已知的分割槽資訊