Linux reboot流程

Linux reboot流程简单分析

——张水平 2016-10-31

第一部分、linux关机与启动大致流程

㈠、Linux 关机过程

在linux领域内大多用在服务器上，很少遇到关机的操作。毕竟服务器上跑

一个服务是永无止境的，除非特殊情况下，不得已才会关机。

在linux下的关机和重启可能由两种行为引发，一是通过用户编程，一是系

统自己产生的消息。用户和系统进行交互的方式也有两个，一个是系统调用：

sys_reboot，另一个就是apm或则acpi的设备文件，通过对其操作也可以使系统

关机或者重启。

Linux关机命令详解

在Linux下一些常用的关机/重启命令有shutdown、halt、reboot、及init，

它们都可以达到重启系统的目的，但每个命令的内部工作过程是不同的。

wn

shutdown命令安全地将系统关机。 有些用户会使用直接断掉电源的方式来

关闭linux，这是十分危险的。因为linux与windows不同，其后台运行着许多进

程，所以强制关机可能会导 致进程的数据丢失﹐使系统处于不稳定的状态﹐甚

至在有的系统中会损坏硬件设备。

而在系统关机前使用shutdown命令﹐系统管理员会通知所有登录的用户系

统将要关闭。并且login指令会被冻结﹐即新的用户不能再登录。直接 关机或者

延迟一定的时间才关机都是可能的﹐还可能重启。这是由所有进程〔process〕都

会收到系统所送达的信号〔signal〕决定的。这让像vi之 类的程序有时间储存目

前正在编辑的文档﹐而像处理邮件〔mail〕和新闻〔news〕的程序则可以正常地

离开等等。

shutdown执行它的工作是送信号〔signal〕给init程序﹐要求它改变runlevel。

Runlevel 0被用来停机〔halt〕﹐runlevel 6是用来重新激活〔reboot〕系统﹐而

runlevel 1则是被用来让系统进入管理工作可以进行的状态﹔这是预设的﹐假定

没有-h也没有-r参数给shutdown。要想了解在停机〔halt〕或者重新开机 〔reboot〕

过程中做了哪些动作﹐你可以在这个文件/etc/inittab里看到这些runlevels相关

的资料。

shutdown 参数说明:

[-t] 在改变到其它runlevel之前﹐告诉init多久以后关机。

[-r] 重启计算器。

[-k] 并不真正关机﹐只是送警告信号给每位登录者〔login〕。

[-h] 关机后关闭电源〔halt〕。

[-n] 不用init﹐而是自己来关机。不鼓励使用这个选项﹐而且该选项所产生的后

果往往不总是你所预期得到的。

[-c] cancel current process取消目前正在执行的关机程序。所以这个选项当然没有

时间参数﹐但是可以输入一个用来解释的讯息﹐而这信息将会送到每位使用者。

[-f] 在重启计算器〔reboot〕时忽略fsck。

[-F] 在重启计算器〔reboot〕时强迫fsck。

[-time] 设定关机〔shutdown〕前的时间。

----最简单的关机命令

其实halt就是调用shutdown -h。halt执行时﹐杀死应用进程﹐执行sync系统调

用﹐文件系统写操作完成后就会停止内核。

参数说明:

[-n] 防止sync系统调用﹐它用在用fsck修补根分区之后﹐以阻止内核用老版本

的超级块〔superblock〕覆盖修补过的超级块。

[-w] 并不是真正的重启或关机﹐只是写wtmp〔/var/log/wtmp〕纪录。

[-d] 不写wtmp纪录〔已包含在选项[-n]中〕。

[-f] 没有调用shutdown而强制关机或重启。

[-i] 关机〔或重启〕前﹐关掉所有的网络接口。

[-p] 该选项为缺省选项。就是关机时调用poweroff。

reboot的工作过程差不多跟halt一样﹐不过它是引发主机重启﹐而halt是关机。

它的参数与halt相差不多。

init是所有进程的祖先﹐它的进程号始终为1﹐所以发送TERM信号给init会终止

所有的用户进程﹑守护进程等。shutdown 就是使用这种机制。init定义了7个

运行级别(runlevel)，init 0为关机﹐init 1为重启。关于init可以长篇大论﹐这里

就不再叙述。另外还有telinit命令可以改变init的运行级别﹐比如﹐telinit -iS可

使系统进入单用户模式﹐并且得不到使用shutdown时的信息和等待时间。

㈡、Linux启动简化过程：

⑴、BIOS或者启动固件加载并运行引导装载程序boot loader；

⑵、boot loader在磁盘上找到内核镜像，将其载入内核并启动，开始由操作

系统接管硬件；

⑶、内核初始化设备及其驱动程序；

⑷、内核挂载根文件系统；

⑸、使用PID为1的进程init，开始启动用户空间；

⑹、init启动其它用户进程；

⑺、用户登录

第二部分、固件自检，加载引导程序

⑴、第一个部分是对系统硬件进行故障检测，也叫做加电自检（Power On Self

Test，简称POST），功能是检查计算机系统是否良好；通常完整的POST自检将包

括对CPU，640K基本内存，1M以上的扩展内存，ROM，主板，CMOS存储器，

串并口，显示卡，软硬盘子系统及键盘进行测试，一旦在自检中发现问题，系统

将给出提示信息或鸣笛警告。自检中如发现有错误，将按两种情况处理：对于严

重故障（致命性故障）则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，不能给出任

何提示或信号；对于非严重故障则给出提示或声音报警信号，等待用户处理。

⑵、第二个部分是初始化，包括创建中断向量、设置寄存器、对一些外部设

备进行初始化和检测等，其中很重要的一部分是读取BIOS配置，对系统硬件进

行状态配置和检查。

⑶、最后一个部分是查找引导程序，用来引导DOS或其他操作系统。查找

顺序取决于BIOS设置。

第三部分、操作系统的启动

㈠、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。

以我的电脑为例，/boot 目录下面大概是这样一些文件：

㈡、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。

注意：init是一个二进制文件，是系统启动后执行的第一个进程。

㈢、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）。

linux系统都有一个运行级别(runlevel)的概念，不同的运行级别配置将导致

系统的启动过程有很大差异，比如当配置 runlevel为 1是，是不进入图形界面

的。系统启动过程中会有一个init进程来拉起许多其他进程(各种系统服务，窗

口界面)。在ubuntu上(11.10,12.04是这样，其他版本或其他linux发行版不确定)init

会执行两个目录下的脚本，一个是/etc/init/下的，另一个是/etc/rc?.d/下的，问号

可能是0~6的其中一个数字，代表运行级别。接下来，讲解一下流程以加深理解。

在ubuntu上，init进程首先执行/etc/init/目录下的，这个文件

指明了本次启动的默认运行级别。这是上面第一步的意义：确保默认运行级别是

2。接下来目录/etc/init下的其他脚本的执行都会根据不同的运行级别做出不同的

动作，比如lightdm会判断运行级别是否处于1,2,3,4,5中的一个，是则启动

lightdm，不是则不启动lightdm。这便是上面第二步的意义，修改 ，

把“2”加入到判断语句，使得lightdm在运行级别2的时候不要启动。明白了这些，

你就可以灵活一点，例如把默认级别设置为3，而把3加入那个判断语句，也可

以达到阻止lightdm启动的效果。完成了/etc/init/目录下的启动动作，init进程会

继续执行/etc/rc2.d目录下的脚本。

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系统有7个运行级别(runlevel)：

运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常

启动；

运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆；

运行级别2：多用户状态(没有NFS)；

运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式；

运行级别4：系统未使用，保留；

运行级别5：X11控制台，登陆后进入图形GUI模式；

运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正

常启动。

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：

initdefault的值是5，表明系统启动时的运行级别为5。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5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。

Ubuntu、Debian系列与RedHat、CentOS启动级别含义有所区别,我们公司所

用麒麟系统是基于Ubuntu的；

Ubuntu系列运行级别定义如下：

0 – Halt 关机模式

1 – Single 单用户模式

2 - Full multi-user with display manager (GUI)

3 - Full multi-user with display manager (GUI)

4 - Full multi-user with display manager (GUI)

5 - Full multi-user with display manager (GUI)

6 – Reboot 重启

可以发现2~5级是没有任何区别的，他们为多用户模式

而RedHat系列的runlevel级别定义如下：

0 - Halt 关机

1 - Single user mode 单用户模式

2 - Multi user mode 多用户模式

3 - Multi user mode character interface 字符界面的多用户模式

4 - Undefinition 未定义

5 - Multi user mode graphics interface 图形界面的多用户模式

6 – Reboot 重启

㈣、加载开机启动程序与系统初始化

在init的配置文件中有这么一行： si::sysinit:/etc/rc.d/t 它调用执行

了/etc/rc.d/t，而t是一个bash shell的脚本，它主要是完成一些系

统初始化的工作，t是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本。

它主要完成的工作有：激活交换分区，检查磁盘，加载硬件模块以及其它一

些需要优先执行任务。

l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5

这一行表示以5为参数运行/etc/rc.d/rc，/etc/rc.d/rc是一个Shell脚本，它接

受5作为参数，去执行/etc/rc.d/rc5.d/目录下的所有的rc启动脚本，/etc/rc.d/rc5.d/

目录中的这些启动脚本实际上都是一些连接文件，而不是真正的rc启动脚本，

真正的rc启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。

而这些rc启动脚本有着类似的用法，它们一般能接受start、stop、restart、

status等参数。

/etc/rc.d/rc5.d/中的rc启动脚本通常是K或S开头的连接文件，对于以以S

开头的启动脚本，将以start参数来运行。

而如果发现存在相应的脚本也存在K打头的连接，而且已经处于运行态了(以

/var/lock/subsys/下的文件作为标志)，则将首先以stop为参数停止这些已经启动

了的守护进程，然后再重新运行。

这样做是为了保证是当init改变运行级别时，所有相关的守护进程都将重启。

至于在每个运行级中将运行哪些守护进程，用户可以通过chkconfig或setup

中的"System Services"来自行设定。

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。

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。

/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。

㈤、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：

（1）命令行登录

（2）ssh登录（远程登录）

（3）图形界面登录

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（Debian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（Debian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/gdm/Xsession，启动用户的会话。

㈥、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。

Debian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（用户的家目录，我们以

root登录，那么就是root目录）。

~/.bash_profile

~/.bash_login （可选）

~/.profile （可选）

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

~/.bash_profile 不管有没有，都不会运行。

~/.profile。也就是说，