一、Linux操作系统引导过程

1.开机自检

• 服务器主机开机以后，将根据主板BIOS中的设置对CPU、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测，检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权，大多时候会移交给本机硬盘。
• 总结：检测出第一个能够引导系统的设备，比如硬盘或者光驱

2.MBR 引导

• 当从本机硬盘中启动系统时，首先根据硬盘第一个扇区中MBR (主引导记录)的设置，将系统控制权传递给包含操作系统引导文件的分区；或者直接根据MBR记录中的引导信息调用启动菜单(如GRUB) 。
• 总结：运行放在MBR扇区里的启动GRUB引导程序

3.GRUB菜单

• 对于Linux操作系统来说，GRUB (统一启动加载器)是使用最为广泛的多系统引导器程序。系统控制权传递给GRUB以后，将会显示启动菜单给用户选择，并根据所选项(或采用默认值)加载Linux内核文件，然后将系统控制权转交给内核。
  CentOS 7采用的是GRUB2启动引导器。
• 总结：GRUB引导程序通过读取GRUB配置文件/boot/grub2/grub.cfg，来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置

4.加载Linux内核

• Linux内核是一个预先编译好的特殊二进制文件，介于各种硬件资源与系统程序之间，负责资源分配与调度。内核接过系统控制权以后，将完全掌控整个Linux操作系统的运行过程。
  CentOS 7系统中，默认的内核文件位于"/boot/vmlinuz-3.10.0-514.e17.x86_64"
• 总结：把内核和镜像文件系统加载到内存中

5.init进程初始化

• 为了完成进一步的系统引导过程，Linux内核首先将系统中的"/sbin/init"程序加载到内存中运行(运行中的程序称为进程)，init进程负责完成整个系统的初始化，最后等待用户进行登录。
• 总结：加载硬件驱动程序,内核把init进程加载到内存中运行

二、系统初始化进程init和Systemd

2.1 init进程

• 由Linux内核加载运行/sbin/init程序
• init进程是系统中第一个进程，是所有进程的父进程
• init进程的PID (进程标记)号永远为1

2.2 Systemd

• Systemd是Linux操作系统的一种init软件

• CentOS7中采用全新的Systemd启动方式，取代传统的SysVinit

• CentOS7中运行的第一个init进程是/lib/systemd/systemd

• 传统SysVinit依赖于串行执行Shell脚本启动服务，导致效率低下，系统启动速度较慢

• systemd能够将更多的服务进程并行启动，并且具有提供按需启动服务的能力，使得启动更少进程，从而提高系统启动速度。

Systemd单元类型

单元类型	扩展名	说明
Service	.service	描述一个系统服务
Socket	.socket	描述一个进程间通信的套接字
Device	.device	描述一个内核识别的设备文件
Mount	.mount	描述一个文件系统的挂载点
Automount	.automount	描述一个文件系统的自动挂载点
Swap	.swap	描述一个内存交换设备或文件
Path	.path	描述一个文件系统中文件或目录
Timer	.timer	描述一个定时器
Target	.target	描述一组systemd的单元

运行级别所对应的Systemd目标

运行级别	Systemd的target	说明
0	target	关机状态，使用该级别时将会关闭主机
1	rescue.target	单用户模式，不需要密码验证即可登录系统，多用于系统维护
2	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别，默认等同于3，但是不能连网
3	multi-user.target	字符界面的完整多用户模式，大多数服务器主机运行在此级别
4	multi-user.target	用户定义/域特定运行级别。默认等同于3
5	graphical.target	图形界面的多用户模式，提供了图形桌面操作环境
6	reboot.target	重新启动，使用该级别时将会重启主机

三、排除启动类故障

3.1修复MBR扇区故障

■故障原因

• 病毒、木马等造成的破坏
• 不正确的分区操作、磁盘读写误操作

■故障现象

• 找不到引导程序，启动中断
• 无法价值在操作系统，开机后黑屏

■解决思路

• 应提前作好备份文件

• 以安装光盘引导进入急救模式

• 从备份文件中恢复

• MBR位于第一块硬盘（/dev/sda）的第一个物理扇区处，总共512字节

1.备份MBR 扇区数据到其它磁盘（/dev/sdb1）

mkdir /backup
mount /dev/sdb1 /backup
dd if=/dev/sda of=/backup/mbr.bak bs=512 count=1

2.模拟破坏MBR引导扇区

dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=512 count=1

3.引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复MBR 扇区数据

先加载好光盘镜像，重启操作系统，
当出现安装向导界面时，选择“Troubleshooting”选项，
再选择“Rescue a CentOS Linux system”选项，进入急救模式
选择“1”选择 Continue并按 Enter 键继续
再次按 Enter 键后将进入带“sh-4.2#”提示符的 Bash Shell 环境
sh-4.2# mkdir /backupdir
sh-4.2# mount /dev/sdb1 /backupdir 				#挂载带有备份文件的分区
sh-4.2# dd if=/backupdir/mbr.bak of=/dev/sda	#恢复备份数据
sh-4.2# exit									#执行exit命令退出临时Shell 环境，系统将会自动重启

3.1.1 演示

我们先添加一块新的磁盘格式化并挂载

备份MBR 扇区数据到其它磁盘

模拟破坏MBR引导扇区

重启虚拟机可以看到不能直接进入系统了

引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复MBR 扇区数据

可以看到可以正常登陆了

3.2 修复GRUB引导故障

■故障原因

• MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
• grub.conf文件丢失、引导配置有误

■故障现象

• 系统引导停滞，显示‘grub>’提示符

■解决思路

• 尝试手动输入引导命令
• 进入急救模式，重写或者从备份中恢复grub.conf
• 向MBR扇区中重建grub程序

方法一：手动输入引导命令（笨拙繁琐，不建议使用）

/boot/grub/目录下的包是用于启动菜单的背景图片及样式
/boot/grub2/grub.cfg			GRUB配置文件

grub> insmod xfs					加载指定的模块到内核
grub> linux16 /vmlinuz-3.10.0-693.el7.x86_64 root=UUID=8fd74986-ae66-4ffd-b7d8-a19f2eca7b6f ro rhgb quiet LANG=zh_CN.UTF-8	            内核的名字及位置等信息
grub> initrd16 /initramfs-3.10.0-693.el7.x86_64.img			镜像系统文件
grub> boot							引导boot

方法二：进入急救模式，恢复GRUB引导程序

• MBR位于第一块硬盘（/dev/sda）的第一个物理扇区处，总共512字节，前446字节是主引导记录，分区表保存在MBR扇区中的第477-510字节中，所以这里备份前446字节，保留之前的分区表。

mkdir /bak
mount /dev/sdb1 /bak
dd if=/dev/sda of=/bak/grub.bak bs=446 count=1

• 模拟对MBR中的GRUB引导程序的破坏，但并不破坏分区表

dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=446 count=1  

• 引导界面进入急救模式，从备份文件中恢复GRUB引导程序

sh-4.2# mkdir /backupdir
sh-4.2# mount /dev/sdb1 /backupdir 	
sh-4.2# dd if=/backupdir/grub.bak of=/dev/sda	
sh-4.2# exit

方法三：引导界面进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件

• 模拟文件丢失

rm -rf /boot/grub2/grub.cfg

• 进入急救模式，加载光盘镜像，切换到系统根环境

sh-4.2# chroot /mnt/sysimage

• 重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘（/dev/sda）的MBR扇区

bash-4.2# grub2-install /dev/sda

• 重新构建GRUB菜单的配置文件

bash-4.2# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

• 退出chroot 环境，并重启

bash-4.2# exit
sh-4.2# reboot

3.2.1 演示：由于方法二和修复MBR扇区故障类似这里不做演示，这边我们演示第三种方法

先进入boot/grub2删除grub.cfg文件


重启发现启动不了了

进入急救模式在加载界面时按下ESC键进入急救模式


引导界面进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件

修复成功可以正常进入系统

3.3 遗忘root用户的密码

■故障原因

• 遗忘root用户密码

■故障现象

• 无法进行需要root权限的管理操作
• 若没有其他账号可用，将无法登陆系统

■解决思路

• 进入急救模式，重设密码

sh-4.2# chroot /mnt/sysimage     #进入急救模式，加载系统镜像，切换到系统根环境
bash-4.1# passwd root      #重设 root 用户密码

3.3.1演示

进入急救模式重设密码

重新登录输入密码，实验成功。

四、系统服务控制

4.1 系统服务控制

systemctl 控制类型 服务名称

4.2 控制类型

• start：启动
• stop：停止
• restart：重新启动
• reload：重新加载
• status：查看服务状态
• …

五、Linux系统的运行级别

5.1 查看运行级别

• runlevel命令：查看切换之前的运行级别与当前运行级别,N表示之前没有切换
• systemctl工具：查看默认的运行级别

5.2 临时切换运行级别

• init命令
• systemctl工具

服务	同作用服务名
init 0	systemcrl isolate poweroff.target	systemcrl poweroff	shutdown -h now
init 1	systemcrl isolate rescue.target
init 3	systemcrl isolate multi.target
init 5	systemcrl isolate graphical.target
init 6	systemcrl isolate reboot.target	systemcrl reboot	shutdown -r now

5.3 设置永久运行级别

ln -sf /lib/systemd/system/multi-user.target /etc/systemd/system/default.target      
或
systemctl set-default multi-user.target    

systemctl get-default    查看系统默认的运行级别

六、优化启动过程

■ntsysv工具

• 提供一个交互式、可视化窗口
• 可以在字符终端运行
• 便于集中管理多个服务
• 用于控制服务是否开机自启动

■systemct工具

• 不提供交互式、可视化窗口
• 管理单个服务效率更高

七、系统服务的启动与控制

■ntsysv系统服务管理工具

ntsysv
ntsysv --level 级别列表

• 按空格键标志服务选项
• 按↑、↓键切换服务选项
• 按tab键切换光标
  

7.1 系统服务的启动和控制

■查看系统服务的启动状态

systemctl is-enabled 服务名称

■服务名称设置系统服务的启动状态

systemctl enable 服务名称                  开启开机自启动
systemctl disable 服务名称                 关闭开机自启动

八、永久修改主机名和查看主机名的状态

hostnamectl set-hostname newname          永久修改主机名
hostnamectl status                        查看主机名的状态

九、设置系统语言为中文

localetcl set-locale LANG=zh_CN.utf8      设置系统语言为中文
localectl [status]                        查看当前系统使用的语言

十、查看系统启动耗时

systemd-analyze