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Linux管理员课程的下一个，连续第四个部分，该课程自信地占据了devopersky课程旁边的位置。 更多的
老师 ，更多的信息和立场。 像往常一样，老师们收集了更多有趣的信息。
走吧
您是否想知道系统准备运行应用程序需要什么？
了解加载内核和启动Linux系统的过程对于配置Linux和解决启动问题非常重要。 本文概述了使用
GRUB2引导加载程序的内核引导过程以及
由systemd初始化系统运行的启动。
实际上，要使Linux计算机进入工作状态，必须有两个系列的事件：内核启动（boot）和系统启动（startup）。 内核启动过程在您打开计算机电源时开始，并以内核初始化和启动systemd结束。 此后，启动系统的过程开始了，是他使Linux计算机进入工作状态。
通常，加载内核和启动Linux系统的过程非常简单。 它由以下步骤组成，将在以下各节中进行详细说明：
- BIOS开机自检;
- 内核加载（GRUB2）；
- 内核初始化；
- 运行systemd，是所有进程的父级。
请注意，本文是关于GRUB2和systemd的，因为它们是大多数发行版的内核加载器和初始化程序。 以前使用了其他选项，有时仍可以在某些发行版中找到它们。
内核启动过程内核启动过程可以通过几种方式启动。 首先，如果关闭电源，则打开计算机电源将启动引导过程。 其次，如果本地用户（包括root用户和非特权用户）已经在计算机上运行，则该用户可以使用GUI或命令行以编程方式启动内核引导过程以重新引导。 重新启动将首先关闭计算机，然后再重新启动。
BIOS开机自检
Linux内核启动过程的第一步与Linux无关。 这是过程的硬件部分，所有操作系统都一样。 给计算机供电后，首先启动的是POST（开机自检），它是BIOS（基本I / O系统，基本输入/输出系统）的一部分。
当IBM在1981年推出其第一台个人计算机时，BIOS旨在初始化硬件组件。 POST是BIOS的一部分，BIOS的任务是确保计算机设备正确运行。 如果POST失败，则计算机可能出现故障，并且引导过程将无法继续。
BIOS POST检查硬件的基本性能，然后导致BIOS
中断 -INT 13H，该
中断会在所有具有引导功能的连接的设备上找到内核的引导扇区。 找到的第一个包含有效引导记录的扇区被加载到RAM中，然后将控制权从引导扇区转移到代码中。
引导扇区只是第一步。 大多数Linux发行版使用以下三个引导加载程序选项之一：GRUB，GRUB2和LILO。 GRUB2是最新的，现在比旧版本使用更多。
GRUB2GRUB2代表“ GRand Unified Bootloader，版本2”，现在它是大多数现代Linux发行版的主要引导程序。 GRUB2是使计算机足够智能的程序，因此它可以找到操作系统的内核并将其加载到内存中。 由于说和写GRUB比GRUB2容易，因此在本文中，我可能会使用GRUB一词，但除非另有说明，否则暗指GRUB2。
GRUB与
multiboot规范兼容，
该规范允许它加载Linux和其他操作系统的不同版本。 它还可以启动链中专有操作系统的启动记录。
GRUB还允许用户从提供的任何Linux发行版的几种可能的内核下载中进行选择。 如果更新后的内核无法正确启动或与软件的某些重要部分不兼容，则可以下载内核的先前版本。 可以在
/boot/grub/grub.conf文件中配置GRUB。
GRUB1现在被认为是过时的，并且在大多数现代发行版中都被GRUB2（它的重写版本）所取代。 基于Red Hat的发行版在Fedora 15和CentOS / RHEL 7周围已升级到GRUB2。GRUB2具有与GRUB1相同的启动功能，但除此之外，它还提供了类似大型机的基于OS的基于命令的环境，并且在预启动阶段具有更大的灵活性。 GRUB2是在
/boot/grub2/grub.cfg配置的。
任何GRUB的主要任务是将Linux内核加载到内存中并运行它。 两种版本的GRUB在三个阶段中的工作方式相似，但是在本文中，我将使用GRUB2来描述GRUB的工作方式。 配置GRUB和GRUB2以及使用GRUB2命令超出了本文的范围。
尽管GRUB2正式不使用步骤编号，但是为了方便起见，我将在本文中使用它。
第一阶段如BIOS POST部分中已提到的那样，在POST结束时，BIOS在通常位于主启动记录（MBR）中的附加磁盘上搜索启动记录，然后将找到的第一条记录加载到内存中并开始执行它。 引导代码（即GRUB2的第一阶段）占用的空间很小，因为它必须与分区表一起放入硬盘的前512字节扇区。 在
标准MBR中为引导程序代码本身分配的空间总量为446字节。 第1阶段的446字节文件称为boot-img，不包含分区表-它将单独添加到启动记录中。
由于引导记录应该很小，因此它不是很“智能”，也无法理解文件系统的结构。 因此，步骤1的唯一目的是检测并加载步骤1.5。 为此，GRUB的步骤1.5必须位于引导记录本身和磁盘上的第一个分区之间的空间中。 将第1.5阶段GRUB加载到RAM之后，第1阶段将控制权转移到第1.5阶段。
1.5阶段如上所述，GRUB的步骤1.5应该在启动记录和磁盘上的第一个分区之间。 从历史上看，由于技术原因，此空间一直未使用。 硬盘驱动器上的第一个分区从扇区63开始，考虑到扇区0中的MBR，共有62 512字节的扇区-31744字节-您可以在其中存储core.img文件-1.5 GRUB阶段。 core.img文件重25389字节，足够在MBR和第一个磁盘分区之间存储它。
由于可以在步骤1.5中使用更多代码，因此足以包含几个常见的文件系统驱动程序，例如标准EXT和其他Linux文件系统，FAT和NTFS。 与GRUB1的步骤1.5相比，GRUB2中的core.img更复杂，功能更强大。 这意味着GRUB2的阶段2可以驻留在标准EXT文件系统中，但不能驻留在逻辑卷中。 因此，阶段2文件的标准位置是
/boot文件系统，或者是
/boot/grub2 。
请注意，/ boot目录必须位于GRUB支持的文件系统中。 并非所有文件系统都具有此支持。 1.5阶段的任务是从必要的文件系统驱动程序开始，以在/ boot文件系统中搜索第2阶段文件并加载必要的驱动程序。
第二阶段所有GRUB Stage 2文件都位于
/boot/grub2和几个子目录中。 GRUB2没有第1步和第2步中的映像文件。相反，它主要由运行时内核模块组成，并根据需要从
/boot/grub2/i386-pc目录加载。
GRUB2第2阶段的任务是检测Linux内核并将其加载到RAM中，并将计算机控制权转移给内核。 内核及其相关文件位于
/boot目录中。 内核文件易于识别，因为它们的名称以vmlinuz开头。 您可以列出
/boot目录的内容，以查看系统上当前安装的内核。
与GRUB1一样，GRUB2也支持加载多个Linux内核之一。 红帽软件包管理系统支持存储内核的多个版本，以便在最新版本出现问题时可以加载旧版本的内核。 默认情况下，GRUB提供预装的已安装内核菜单，包括救援选项，配置后还包括恢复选项。
第2阶段GRUB2将选定的内核加载到内存中，并将计算机控制权转移给内核。
核心所有内核均采用自解压的压缩格式，以节省空间。 内核与原始RAM磁盘映像以及硬盘驱动器上的分区列表一起位于
/boot目录中。
在将选定的内核加载到内存中并开始执行之后，首先，它必须从文件的压缩版本中提取自身，然后才能开始进行有用的工作。 提取完成后，它将加载
systemd ，以替换旧的
SysV init程序，并将控制权转移给它。
内核启动过程到此结束。 此时，Linux内核和systemd正在运行，但是对于最终用户而言无法执行任何有用的任务，因为没有其他事情要做。
系统启动过程系统启动过程遵循内核启动过程，并使Linux计算机启动并运行。
系统的systemd是负责使Linux主机达到高效状态的所有进程的父级。 它的某些功能要比旧的初始化程序中提供的功能更广泛，应该管理正在运行的Linux主机的许多方面，包括安装文件系统，启动和管理Linux主机有效工作所需的系统服务。 与系统启动过程无关的所有systemd任务都不在本文讨论的范围之内。
首先，systemd挂载
/etc/fstab定义的文件系统，包括所有交换文件和分区。 此时，他可以访问
/etc的配置文件，包括他自己的配置文件。 它使用自己的配置文件
/etc/systemd/system/default.target来确定要加载主机的目标。 default.target文件只是指向实际目标文件的符号链接。 对于台式机工作站，这通常是graphic.target，相当于旧的SystemV初始化程序中的运行级别5。 对于服务器，默认值可能是multi-user.target，类似于SystemV中的运行级别3。 Emergency.target类似于单用户模式。
请注意，目标和服务是系统单位。
下表1比较了所有systemd目标和SystemV中的旧运行级别。 systemd提供的目标别名是向后兼容的。 目标别名允许脚本（包括我在内的许多系统管理员）使用SystemV命令（如init3）更改执行级别。 当然，SystemV命令由systemd指导以进行解释和执行。
表1：SystemV控件级别与systemd目标和一些目标别名的比较。每个目标都有一组在配置文件中描述的依赖项。 systemd运行必要的。 这些依赖项是运行具有特定功能级别的Linux主机所需的服务。 加载并启动目标配置文件中列出的所有依赖项后，系统将在此目标级别运行。
systemd还会扫描过时的SystemV初始化目录以查找启动文件。 如果是这样，systemd会将它们用作配置文件来运行文件中描述的服务。 一个过时的网络服务就是一个很好的例子，它仍然在Fedora中使用SystemV启动文件。
下面的图1直接从启动
主页复制。 它显示了systemd启动期间事件的一般顺序以及确保其成功的基本要求。
可以将sysinit.target和basic.target目标视为系统启动期间的检查点。 尽管systemd的目标之一是并行运行系统服务，但是必须先启动某些服务和功能目标。 在完成所需的所有服务和目标之前，无法传递这些控制点。
因此，当sysinit.target所依赖的所有单元都完成时，即可实现。 以下所有单元均应完成：安装文件系统，设置交换文件，启动udev，设置随机数生成器的初始状态，初始化低级服务，如果至少一个文件系统被加密则设置密码服务。 在sysinit.target中，它们可以并行执行。
sysinit.target运行系统最低功能所必需的所有低层服务和单元，以及进入basic.target所需的那些服务和单元。
图1. Systemd启动图执行sysinit.target之后，systemd从执行该命令所需的所有单元开始启动basic.target。 基本目标通过启动下一个目标所需的单元来提供其他功能，包括设置各种可执行目录，通信套接字和计时器的路径。
最后，您可以开始初始化用户级别的目标：multi-user.target或graphic.target。 值得注意的是，必须在执行图形目标的依赖项之前达到multi-user.target。
图1中带下划线的目标是典型的启动目标。 当达到其中之一时，系统启动结束。 如果multi-user.target是默认目标，那么在控制台中，您将以文本模式看到登录名。 如果默认指定了graphical.target，那么您将看到图形登录。 登录屏幕GUI取决于您使用的屏幕管理器。
问题所在最近，我不得不在使用GRUB2的Linux计算机上更改默认的启动内核。 我发现某些命令停止正常运行，或者我以某种方式不正确地使用了它们。 我仍然不知道问题出在什么地方，需要更多时间进行研究。
grub2-set-default命令在
/etc/default/grub文件中错误地配置了默认内核索引，因此未加载所需的替代内核。 我手动更改了
/etc/default/grub GRUB_DEFAULT=saved到
GRUB_DEFAULT=2 ，其中2是我要运行的已安装内核的索引。 然后，我运行了
grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg命令来创建一个新的grub配置文件。 这个技巧奏效了，并启动了另一个内核。
结论GRUB2和systemd初始化系统是大多数现代Linux发行版的内核引导和系统启动阶段的关键组件。 尽管存在矛盾，特别是在systemd周围，这两个组件可以很好地协同工作以加载内核并运行创建功能性Linux系统所需的所有系统服务。
尽管我认为GRUB2和systemd总体上比其前任更为复杂，但它们的掌握和管理并不困难。 这些手册包含有关systemd的许多信息，并且在freedesktop.org上完整显示了其页面列表。 有关更多信息，请参见下面的链接：
仅此而已。 我们正在这里等待问题和评论，或者可以在
公开课程中直接提出他们。