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本文由 LinuxProbe.Com 团队成员 左国才 整理发布,点此报名Linux 培训。
在 BIOS 阶段,计算机的行为基本上被写死了,可以做的事情并不多;一般就是通电、BIOS、主引导记录、操作系统这四步。所以我们一般认为加载内核是 linux 启动流程的第一步。
第一步、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。
我们查看一下,/boot 目录下面大概是这样一些文件:
$ ls /boot
config-3.2.0-3-amd64
config-3.2.0-4-amd64
grub
initrd.img-3.2.0-3-amd64
initrd.img-3.2.0-4-amd64
System.map-3.2.0-3-amd64
System.map-3.2.0-4-amd64
vmlinuz-3.2.0-3-amd64
vmlinuz-3.2.0-4-amd64
第二步、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。
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。
第三步、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 预置七种运行级别(0-6)。一般来说,0 是关机,1 是单用户模式(也就是维护模式),6 是重启。运行级别 2 -5,各个发行版不太一样,对于 Debian 来说,都是同样的多用户模式(也就是正常模式)。
init 进程首先读取文件 /etc/inittab,它是运行级别的设置文件。如果你打开它,可以看到第一行是这样的:
id:2:initdefault:
initdefault 的值是 2,表明系统启动时的运行级别为 2。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 2 有些什么程序呢,系统怎么知道每个级别应该加载哪些程序呢?回答是每个运行级别在 /etc 目录下面,都有一个对应的子目录,指定要加载的程序。
/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/rc2.d 目录中到底指定了哪些程序。
$ ls /etc/rc2.d
README
S01motd
S13rpcbind
S14nfs-common
S16binfmt-support
S16rsyslog
S16sudo
S17apache2
S18acpid
...
可以看到,除了第一个文件 README 以外,其他文件名都是 ” 字母 S + 两位数字 + 程序名 ” 的形式。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,最好是用专门命令进行管理。
第四步、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。
$ ls -l /etc/rc2.d
README
S01motd -> ../init.d/motd
S13rpcbind -> ../init.d/rpcbind
S14nfs-common -> ../init.d/nfs-common
S16binfmt-support -> ../init.d/binfmt-support
S16rsyslog -> ../init.d/rsyslog
S16sudo -> ../init.d/sudo
S17apache2 -> ../init.d/apache2
S18acpid -> ../init.d/acpid
...
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 Apache 服务器,就运行下面的命令:
$ sudo /etc/init.d/apache2 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。
第五步、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:
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(linux 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(linux 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。
第六步、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。
linux 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。
第七步,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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