Linuxu-引导过程与服务控制

系列文章目录

` 提示：仅用于个人学习，进行查漏补缺使用。
1.Linux介绍、目录结构、文件基本属性、Shell
2.Linux常用命令
3.Linux文件管理
4.Linux 命令安装(rpm、install)
5.Linux账号管理
6.Linux文件/目录权限管理
7.Linux磁盘管理/文件系统
8.Linux逻辑卷管理LVM
9.Linux磁盘配额
10.Linux服务器硬件及RAID配置实验

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提示：写完文章后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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前言

本章大概内容有：
       Linux操作系统引导过程、排除启动类故障、修复MBR扇区故障、修复GRUB引导故障、遗忘root用户密码、服务控制、切换运行级别、优化启动过程、chkconfig工具等

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、Linux操作系统引导过程

• 开机自检->MBR引导->启动GRUB菜单->加载Linux内核->init进程初始化
  1. **开机自检-》**检测设备/硬件是否正常
  - 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：检查硬件设备，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-》**硬盘一块扇区中的核心区域
  - 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. **启动GRUB菜单-》**给用户显示菜单-》选择以什么方式运行Linux内核
  - 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，并屏幕显示grub菜单
  4. **加载Linux内核-》**处于硬件和程序之间，用于管理协调角色（资源）
  - 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.el7.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-》**通常来说这是第一个启动的进行 /sbin/init
  - 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。
  - 主进程-》fork（派生/创建）一些子进程来运行一些开机时需要启动的程序
  - 总结：加载硬件驱动程序，内核把init进程加载到内存中

• 开机启动过程：

1.开机自检-》检测设备/硬件是否正常
2.MBR引导-》硬盘一块扇区中的核心区域

              1. 标识其他程序所在的位置（类似与目录和页码）2. GRUB菜单-》给用户选择启动何种方式的Linux内核

3.GRUB菜单-》给用户显示菜单-》选择以什么方式运行Linux内核
4.加载Linux内核

        - 内核是出于硬件和程序之间，用于管理协调角色（资源）- 目的：就是把内核程序/文件加载到内存中

5.init进程初始化

        - 通常来说这是第一个启动的进程		/sbin/init- 主进程-》fork(派生/创建)一些子进程来运行一些开机时需要启动的程序-》最后让用户可以正常使用

• System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交换文件 |
  | 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（用于实现类似cron的调度任务） |
  | Snapshot | .snapshot | 用于保存一个systemd的状态 |
  | Scope | .scope | 使用systemd的总线接口以编程的方式创建外部进程 |
  | Slice | .slice | 描述居于Cgroup的一组通过层次组织的管理系统进程 |
  | Target | .target | 描述一组systemd的单元 |

• 运行界别所对应的Systemd目标
  | 运行级别 | Systemd的target | 说明 |
  | — | — | — |
  | 0 | poweroff.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 |
  | 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 |

二、排除启动类故障

1.修复MBR扇区故障

步骤1. lsblk查看磁盘类型,选择sdb1。【PS:注意磁盘类型，如果】

lsblk

如果磁盘类型不是linux，请调整至 Linux类型，具体

fdisk /etc/sdb1       
按 T  
按 L    ##帮助列表
选择  83 Linux
w      ##保存

步骤2. 创建挂载点backup并挂载

mkdir /backup
mount /dev/sdb1 /backup
df -Th

步骤3. 设置开机自动挂载并刷新

步骤4. 模拟破坏MBR引导扇区

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

步骤5. 破坏后恢复

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

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.cfg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
• 案例
  • 前提:先了解下面两个目录文件

/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

• 方法一：手动输入引导命令（笨拙繁琐，不建议使用）

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（不建议）

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447-510字节中。
mkdir /bak
mount /dev/sdb1 /bak
dd if=/dev/sda of=/bak/grub.bak bs=446 count=1#模拟对MRB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【推荐】
  • 步骤1：模拟故障，GRUB配置文件被删除

rm -rf /boot/grub2/grub.cfg

  - 步骤2： #重启系统，按一次‘ESC键’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

  - 步骤3： 重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘（/dev/sda）的MRB扇区，如果有多个分区可省略

bash-4.2# grub2-install /dev/sda

  - 步骤4： 重新构建GRUB菜单的配置文件

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

  - 步骤5： 退出chroot 环境，并重启

bash-4.2# exit
sh-4.2# reboot

3 .遗忘root用户密码

步骤1.进入急救模式，加载系统镜像，切换到系统根环境

sh-4.2# chroot /mnt/sysimage

步骤2.重设 root 用户密码

bash-4.2# passwd root   ###输入两次密码，重启即可

三、服务控制及切换运行级别

1.服务控制

• 在 Linux 系统中，服务控制和管理是通过不同的工具和机制来实现的，这取决于所使用的操作系统和 init 系统。
• 传统的 Linux 系统使用 init 进程来管理服务的启动、停止和重启，而较新的系统如 CentOS 7 及更高版本使用 systemd 来管理服务。
• 以下是使用 systemd 和传统的 init 系统进行服务控制和管理的基本步骤：

  • **使用 systemd 管理服务 **
    | 操作 | 服务控制命令 |
    | — | — |
    | 启动服务 | systemctl start service-name.service |
    | 停止服务 | systemctl stop service-name.service |
    | 重启服务 | systemctl restart service-name.service |
    | 查看服务状态 | systemctl status service-name.service |
    | 设置开机自启 | systemctl enable service-name.service |
    | 取消开机自启 | systemctl disable service-name.service |
    | 查询开机自启状态 | systemctl is-enabled service-name.service |

  • **init 管理服务 **
    | 操作 | 命令 |
    | — | — |
    | 启动服务 | /etc/init.d/service-name start |
    | 停止服务 | /etc/init.d/service-name stop |
    | 重启服务 | /etc/init.d/service-name restart |
    | 查看服务状态 | /etc/init.d/service-name status |
    | 设置开机自启 | chkconfig service-name on |
    | 取消开机自启 | chkconfig service-name off |
    | 查询开机自启状态 | chkconfig --list |

传统 init 系统命令	Systemd 系统命令	描述
init 0	systemctl isolate poweroff.target	systemctl poweroff poweroff 关机
init 1	systemctl isolate rescue.target	切换单用户模式
init 3	systemctl isolate multi-user.target	切换字符界面多用户模式
init 5	systemctl isolate graphical.target	切换图形界面多用户模式
init 6	systemctl isolate reboot.target	systemctl reboot / reboot 重启

2.切换运行级别

• ** 传统的 init 系统使用运行级别来控制系统启动时进入的状态。**
  • 使用 systemd 切换目标

# 切换到多用户模式
systemctl isolate multi-user.target
# 切换到图形界面模式
systemctl isolate graphical.target

• systemd 也有类似的概念，称为目标（target）。
  • 使用 init 切换运行级别

# 切换到单用户模式（运行级别 1）
sudo telinit 1
# 切换到多用户命令行模式（运行级别 2）
sudo telinit 2
# 切换到多用户网络模式（运行级别 3）
sudo telinit 3
# 切换到多用户图形界面模式（运行级别 5）
sudo telinit 5
# 切换到系统关闭模式（运行级别 6）
sudo telinit 6

四、优化启动过程

在Linux系统中，启动过程可以通过多种方式进行优化，以减少系统启动时间并提高效率。以下是一些常见的优化方法：

1. 关闭不必要的服务：

• 检查 /etc/init.d、/etc/systemd/system 或 /usr/lib/systemd/system 目录下的服务文件，了解每个服务的功能。
• 关闭或禁用不必要的服务，特别是那些在启动时不需要的服务。

2. 使用 systemd 的 target 选项：

• 设置系统启动的目标（如 multi-user.target 或 graphical.target）。
• 可以通过 systemd-analyze 工具来分析启动过程中的延迟，并确定瓶颈所在。

3. 配置 systemd 的并行启动：

• 使用 systemd 的并行启动功能，允许系统在启动时并行启动多个服务。
• 通过设置服务文件的 Wants 或 After 属性来指定顺序和并行启动的服务。

4. **避免使用 **systemctl mask：

• systemctl mask 命令用于屏蔽不必要的服务，但它也会阻止系统自动恢复服务。
• 只有在绝对必要时才使用 mask，否则它可能会导致系统不稳定。

5. 使用 systemd 的 local 目标：

• local 目标是一个最小化的目标，它只启动必须运行的服务。
• 它可以用于调试启动过程，或者在需要最小化资源消耗的环境中使用。

6. 优化内核参数：

• 通过 sysctl 命令或 /etc/sysctl.conf 文件来优化内核参数。
• 例如，调整 vm.swappiness 参数可以影响系统使用交换空间的行为。

7. 减少启动过程中的日志记录：

• 通过配置服务或使用 systemd 的 quiet 模式来减少启动时的日志输出。
• systemd-analyze critical-chain 命令可以帮助识别启动过程中的瓶颈。

8. 定期更新系统：

• 保持系统更新，包括内核和软件包。
• 更新可能包含性能改进和新启动优化。

9. **使用 systemd 的 **StartLimitInterval：

• 设置 StartLimitInterval 可以防止服务在一定时间内反复失败并重启。
• 这可以防止一些服务在启动时挂起，从而影响整个系统的启动时间。

10. 监控和分析启动过程：

• 使用 systemd-analyze 工具监控启动过程。
• systemd-analyze blame 可以显示启动时间最长的服务。

五、补充

1.chkconfig 工具

• 用于管理服务（守护进程）在不同的系统运行级别中自动启动或停止的工具。

格式：

命令	描述
chkconfig --list [服务名称]	列出指定服务在所有运行级别的启动状态。如果不提供服务名称，则列出所有服务的启动状态。
chkconfig --add 服务名称	添加一个新的服务到 chkconfig 数据库中。
chkconfig --level 级别列表 服务名 on/off	设置服务在不同运行级别的自动启动状态。例如，chkconfig --level 35 httpd on 将 httpd 服务设置为在运行级别 3 和 5 自动启动。
chkconfig --add httpd	将 httpd 服务添加到 chkconfig 数据库中，以便可以使用 chkconfig 命令来管理它的启动状态。

2.查看系统默认的运行级别

systemctl get-default

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

4.永久修改主机名

hostnamectl set-hostname newname

5.查看主机名的状态

hostnamectl status 

6.设置系统语言为中文

localectl set-locale LANG=zh_CN.utf8

7.查看当前系统使用的语言

localectl [status]

8.查看系统启动耗时

systemd-analyze