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開機流程簡介

  1. 開機流程與 Boot Loader
  2. Linux Boot Loaders Compared
  3. 何謂 Boot Loader ？
    1. Boot Loader 是開機載入程式，其主要功用是用來載入作業系統的核心。
    2. 在 Linux 中經常使用的 Loader 有兩種，分別是 LILO (LInux LOader) 及 GRUB (GRand Unified Bootloader) ，它們都具有 Boot Manager (開機管理程式)。

  4. MBR 是整個硬碟的第一個 sector，整個大小不可能超過 512 bytes， loader 不可能只佔不到 512 bytes 的容量。
  5. boot loader 的功能：
    1. boot loader 直接指定並取用 kernel 檔案，來載入到主記憶體當中；
    2. 將 loader 的控制權移交給下一個 loader。
  6. 若條件如下：
    1. MBR 安裝了同時認識 Windows 與 Linux 的檔案系統的 boot loader grub；
    2. /dev/hda1 的 super block 安裝 Windows 的 boot loader；
    3. /dev/hda2 中的 super block 也安裝了 Linux 的 grub ；
    4. Linux 的核心檔案放置在 /dev/hda2 裡面的 /boot/vmlinuz。
    則 MBR 的 grub 可以做到：
    1. 直接指定核心 (在 /dev/hda2 的 /boot/vmlinuz ) 來進行開機；
    2. 將控制權交給 /dev/hda2 super block 當中的 grub 進行管理；
    3. 將控制權交給 /dev/hda1 super block 當中的 Windows 的 loader 來管理。
  7. 為什麼要安裝多重作業系統時，最好先安裝 Windows 再安裝 Linux？
    1. Linux 可以選擇將 boot loader 安裝在 MBR 或者是 super block 當中；
    2. Windows 系統則幾乎預設強制會同時安裝在 MBR 與 Super block 當中，
    3. 若先安裝 Linux ，則後續安裝 Windows 時，會強制將 MBR 的 boot loader 覆蓋掉，故無法以 windows 的 boot loader 進入 Linux 了。

  8. 開機程序：

    \begin{picture}(380,70) \multiput(0,40)(90,0){4}{\dashbox{}(70,25){}} ......
    1. 載入 BIOS 的硬體資訊，並根據 CMOS 中的紀錄取得第一個開機裝置的代號；
    2. 讀取第一個開機裝置的 MBR 的 boot Loader 的開機資訊，並將 Linux Loader 載入記憶體，接著主控權就交由 Linux Loader 來執行；
    3. 接著您就會看到一個開機選單畫面，來讓您選擇要開啟哪套作業系統。
    4. 選擇 Linux OS 並按下 Enter 鍵以後，Linux Loader 就將 Linux kernel 載入記憶體，準備來進行其他初始化的工作。
    5. 載入 Kernel 作業系統核心資訊， Kernel 開始解壓縮，並且嘗試驅動所有硬體裝置；
    6. kernel 被成功載入後所執行的第一支程式為 init，因此 init 的 PID 為 1。
    7. init 會去讀取 /etc/inittab (initial table) 的內容，取得 run-level 資訊；
    8. init 執行 /etc/rc.d/rc.sysinit 檔案；
    9. 啟動核心的外掛模組 (/etc/modprobe.conf)；
    10. init 執行 run-level 的各個批次檔( Scripts )；
    11. init 執行 /etc/rc.d/rc.local 檔案；
    12. 執行 /bin/login 程式，並等待使用者登入；
    13. 登入之後開始以 Shell 控管主機。

  9. 第一支程式 init 及設定檔 /etc/inittab 與 runlevel 
    [root@dywOffice ~]# vi /etc/inittab
# Default runlevel. The runlevels used by Mandrakelinux are:
#   0 - halt (Do NOT set initdefault to this)
#   1 - Single user mode
#   2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking)
#   3 - Full multiuser mode
#   4 - unused
#   5 - X11
#   6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)
#
id:3:initdefault:

# System initialization.
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

# Trap CTRL-ALT-DELETE
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now

# When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
# of power left.  Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
# This does, of course, assume you have powerd installed and your
# UPS connected and working correctly.
pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"

# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"


# Run gettys in standard runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

[root@dywOffice ~]# man inittab
[設定項目]:[run level]:[init 的動作行為]:[指令項目]
1. 設定項目：
   最多四個字元，代表 init 的主要工作項目，只是一個簡單的代表說明。
2. run level：
   該項目在哪些 run level 底下進行的意思。如果是 35 則代表 runlevel 3 與 
   5 都會執行。
3. init 的動作項目：
   主要可以進行的動作項目意義有：
   initdefault  ：代表預設的 run level 設定值；
   sysinit      ：代表系統初始化的動作項目；
   ctrlaltdel   ：代表 [ctrl]+[alt]+[del] 三個按鍵是否可以重新開機的設定；
   wait         ：代表後面接的指令項目必須要執行完畢才能繼續後面的動作；
   respawn      ：代表後面欄位的指令可以無限制的再生。
   更多的設定項目請參考 man inittab 的說明。
4. 指令項目：
   亦即應該可以進行的指令，通常是一些 script 囉。
  10. init 處理系統初始化流程 (/etc/rc.d/rc.sysinit)：工作的預設設定檔在 /etc/sysconfig 中。
    1. 取得網路環境與主機類型： 讀取網路設定檔 /etc/sysconfig/network 網路環境。
    2. 測試與掛載記憶體裝置 /proc 及 USB 裝置 /sys。
    3. 決定是否啟動美國國家安全局發展的 Security Enhance Linux (SELinux)套件。
    4. 周邊設備的偵測與 Plug and Play (PnP) 參數的測試。
    5. 使用者自訂模組的載入 (/etc/sysconfig/modules/*.modules)。
    6. 載入核心的相關設定：讀取 /etc/sysctl.conf 的設定值。
    7. 設定系統時間 (clock)：
    8. 設定終端機 (console) 字形：
    9. 設定 RAID 與 LVM 等硬碟功能：
    10. 以 fsck 檢驗磁碟檔案系統：
    11. 進行磁碟配額 quota 的轉換 (非必要)：
    12. 重新以可讀取模式掛載系統磁碟：
    13. 啟動 quota 功能：
    14. 啟動系統亂數裝置 (產生亂數功能)：
    15. 清除開機過程當中的暫存檔案：
    16. 將開機相關資訊載入 /var/log/dmesg 檔案中。
  11. 啟動系統服務與相關啟動設定檔 (/etc/rc.d/rc.n 及 /etc/sysconfig)
    1. run level 3 的啟動目錄放在 /etc/rc.d/rc3.d 目錄當中： 
      [root@dywOffice ~]# ll /etc/rc.d/rc3.d
total 0
lrwxrwxrwx  1 root root 12 Oct 17 13:11 K09dm -> ../init.d/dm*
lrwxrwxrwx  1 root root 18 Oct 17 13:11 S03iptables -> ../init.d/iptables*
lrwxrwxrwx  1 root root 14 Oct 17 13:11 S04acpi -> ../init.d/acpi*
lrwxrwxrwx  1 root root 19 Oct 17 13:11 S05harddrake -> ../init.d/harddrake*
lrwxrwxrwx  1 root root 17 Oct 17 13:11 S10network -> ../init.d/network*
lrwxrwxrwx  1 root root 19 Dec 20 08:25 S11shorewall -> ../init.d/shorewall*
lrwxrwxrwx  1 root root 16 Oct 17 13:11 S12syslog -> ../init.d/syslog*
lrwxrwxrwx  1 root root 17 Oct 17 13:11 S13partmon -> ../init.d/partmon*
......................中間省略..................................
lrwxrwxrwx  1 root root 17 Oct 17 13:11 S95kheader -> ../init.d/kheader*
lrwxrwxrwx  1 root root 16 Oct 17 13:11 S99devfsd -> ../init.d/devfsd*
lrwxrwxrwx  1 root root 11 Oct 17 13:11 S99local -> ../rc.local*
    2. /etc/init.d 目錄內的 scripts 可以接受相關的參數來啟動、停止、重新啟動相關的服務，常見引數如下： 
         start     stop    restart     reload     status
  啟動服務   停止服務  重新啟動服務  重新載入服務  顯示服務狀態
      1. 以 S 為開頭的檔案，為開機時需要『啟動, start』的服務；
      2. 以 K 為開頭的檔案，為『關機時需要關閉的服務, stop』的檔案連結；
      3. 在 S 與 K 後面接的數字，代表該檔案被執行的順序。
      4. 例如 S10network 指向 ../init.d/network ，代表：開機時，執行『 /etc/rc.d/init.d/network start 』
      5. S10network 要比 S12syslog 還要早執行。最後一項 S99local ，指向 /etc/rc.d/rc.local 這個檔案。
  12. 使用者自訂開機啟動程序 (/etc/rc.d/rc.local)：想要在開機時就進行的工作時，直接寫入 /etc/rc.d/rc.local ， 系統會在開機的時候自動被載入，而不必等我們登入系統去啟動。
  13. 根據 /etc/inittab 之設定，載入終端機或 X-Window 界面。 
    # Run gettys in standard runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
    1. 在 run level 2, 3, 4, 5 時，都會執行 /sbin/mingetty 。
    2. mingetty 為啟動終端機的指令。
    3. respawn 的 init 動作項目，代表『當後面的指令被終止 (terminal) 時， init 會主動的重新啟動該項目。』因此，登入 tty1 終端機界面又以 exit 離開後，系統會重新顯示等待使用者輸入的畫面。
    4. 若不要 tty5 與 tty6，可將其註解，則下次重新開機，就只『F1 ~ F4』有效。
  14. 服務的相關設定檔 /etc/sysconfig： 
    [root@dywOffice ~]# ls /etc/sysconfig
alsa               i18n.bak          printing*
autofsck           i18n.orig.gcin*   rawdevices
bootsplash         init              readonly-root
clock*             installkernel     suspend
console/           keyboard*         suspend-scripts/
cpufreq            modules/          syslog
desktop*           mouse*            system
dhcpd.rpmsave      msec              tmpwatch
firstboot.rpmsave  net_monitorrc*    udev_net
harddisks          network*          usb
harddrake2/        networking/       userdrake
i18n               network-scripts/  xinetd
    1. authconfig：規範使用者的身份認證，包括加密與否、加密的機制等；
    2. clock：設定 Linux 主機的時區。
    3. desktop：預設的 X Window 的視窗管理員 (Window Manager) 。
    4. i18n：設定語系。
    5. keyboard 與 mouse：設定鍵盤與滑鼠的形式；
    6. network：設定主機名稱，以及 GATEWAY 。
    7. network-scripts/： 裡面的檔案，主要用在設定網路卡。

練習題

  1. 何謂 Boot Loader ？
    Sol. Boot Loader 是開機載入程式，其主要功用是用來載入作業系統的核心。
  2. Linux 常用的 Loader 有那兩種？
    Sol. LILO (LInux LOader) 及 GRUB (GRand Unified Bootloader)。
  3. 為什麼要安裝多重作業系統時，最好先安裝 Windows 再安裝 Linux？
    Sol. Linux 可以選擇將 boot loader 安裝在 MBR 或者是 super block 當中；Windows 系統則幾乎預設強制會同時安裝在 MBR 與 Super block 當中。若先安裝 Linux ，則後續安裝 Windows 時，會強制將 MBR 的 boot loader 覆蓋掉，故無法以 windows 的 boot loader 進入 Linux 。
  4. 開機流程中，kernel 被成功載入後所執行的第一支程式為何？其 PID 為何？
    Sol. 第一支程式為 init，因此 init 的 PID 為 1。
  5. init 會去讀取 initial table 取得 run-level 資訊，initial table 檔名為何？
    Sol. /etc/inittab
  6. initial table 中 run-level 設定為 3 ，代表意義為何？如何設定？
    Sol. 開機預設在多使用者文字界面模式，以 vi 編輯 /etc/inittab，修改預設 runlevel 設定為：『id:3:initdefault: 』。
  7. initial table 中 run-level 設定為 5 ，代表意義為何？如何設定？
    Sol. 開機預設在圖形界面模式，以 vi 編輯 /etc/inittab，修改預設 runlevel 設定為：『id:5:initdefault: 』。
  8. initial table 中有如下一行，請說明其意義？
    ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
    Sol. 設定項目 ca；不指定 runlevel；動作 ctrlaltdel 表示 [ctrl]+[alt]+[del] 三個按鍵會執行指令 /sbin/shutdown -t3 -r now。
  9. initial table 中有如下一行，請說明其意義？
    3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
    Sol. 設定項目 3；runlevel 2,3,4,5 皆會執行此動作；動作 respawn 代表後面接的執行指令『/sbin/mingetty tty3』，init 仍會主動的『重新』啟動。
  10. initial table 中有如下一行，請說明其意義？
    l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
    Sol. 設定項目 l5；只有 runlevel 5 會執行此動作；動作 wait 代表後面接的執行指令『/etc/rc.d/rc 5』必須要執行完畢才能繼續後面的動作。
  11. 如果預設開機 run-level 設定為 5，則開機時會到那個目錄下啟動服務？
    Sol. /etc/rc.d/rc5.d
  12. 如果預設開機 run-level 設定為 3，則開機時會到那個目錄下啟動服務？
    Sol. /etc/rc.d/rc3.d
  13. 指令 ls -l /etc/rc.d/rc3.d，其中一行最後一項顯示如下，請說明其意義？
    S10network -> ../init.d/network*
    Sol. 開機時，執行『 /etc/rc.d/init.d/network start 』，將服務 network 啟動，且其執行順序為 10。
  14. 指令 ls -l /etc/rc.d/rc3.d，其中一行最後一項顯示如下，請說明其意義？
    K09dm -> ../init.d/dm*
    Sol. 關機時，執行『 /etc/rc.d/init.d/dm stop 』，將服務 dm 關閉，且其執行順序為 09。

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