CentOS6啟動(dòng)過程總結(jié)與GRUB問題修復(fù)

一、CentOS 6 的啟動(dòng)流程

• 第一步：加電自檢（POST）

  主要檢查硬件設(shè)備是否存在并能正常運(yùn)行，如：CPU、內(nèi)存、硬盤、風(fēng)扇、輸入輸出設(shè)備等。自檢功能主要是通過BIOS來實(shí)現(xiàn)的，BIOS程序是裝載在一個(gè)硬件芯片CMOS上的，加電過程就是給CMOS通電，然后啟動(dòng)BIOS程序，BIOS程序會(huì)根據(jù)CMOS上面的一些配置信息區(qū)讀取其他的硬件設(shè)備信息并檢測其是否存在并能正常運(yùn)行，之后進(jìn)行硬件設(shè)備的初始化。

  
  

• 第二步：選擇啟動(dòng)順序，加載MBR

  按照BIOS中設(shè)置的Boot Sequence查找Boot Loader程序所在的設(shè)備。Boot Loader是一個(gè)程序，它依賴于一個(gè)硬件之上，這個(gè)硬件就是硬盤，準(zhǔn)確的說為第一個(gè)可以啟動(dòng)的硬盤的第一個(gè)扇區(qū)內(nèi)，即MBR（Master Boot Record，主引導(dǎo)記錄）。

  Boot Loader的主要功能就是去識(shí)別、加載操作系統(tǒng)中的核心文件，并提交到內(nèi)存中運(yùn)行，進(jìn)而來啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)。另一個(gè)主要功能是提供菜單信息（可以提供不同的啟動(dòng)項(xiàng)來加載不同的操作系統(tǒng)），并將啟動(dòng)管理功能轉(zhuǎn)交給其他的加載程序。

  
  

• 第三步：加載系統(tǒng)內(nèi)核（Kernel）文件，執(zhí)行系統(tǒng)初始化信息

  Boot Loader程序讀取操作系統(tǒng)的內(nèi)核文件后，會(huì)將其解壓后裝載到內(nèi)存當(dāng)中，然后接管BIOS的工作開始測試并加載各個(gè)設(shè)備（CPU、硬盤、網(wǎng)卡等）。

  因?yàn)閮?nèi)核文件（Kernel）通常是存放在系統(tǒng)上的/boot目錄中，并且是以vmlinuz開頭的文件，此時(shí)內(nèi)存程序還沒有加載到硬盤，因此無法讀取系統(tǒng)上的內(nèi)核文件，而如果先去加載硬盤則必須有硬盤的驅(qū)動(dòng)程序，因此這將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)先后順序的問題，為了解決這個(gè)問題，Linux采用GRUB啟動(dòng)管理程序來識(shí)別硬盤信息，RTUB程序的執(zhí)行過程需要三個(gè)階段，具體的執(zhí)行過程將在下面的第二章節(jié)介紹。

  
  

• 第四步：啟動(dòng)第一個(gè)執(zhí)行程序/sbin/init

  在內(nèi)核、硬件及驅(qū)動(dòng)信息加載完畢后，內(nèi)核會(huì)呼叫用戶控件的第一個(gè)執(zhí)行程序/sbin/init，init程序主要功能是準(zhǔn)備軟件運(yùn)行環(huán)境，包括系統(tǒng)的主機(jī)名稱、網(wǎng)絡(luò)配置、文件系統(tǒng)格式等其他服務(wù)的啟動(dòng)管理。而這些所有的操作都是通過init的配置文件來定義的。

  在CentOS 5 中 init 的配置文件為：/etc/inittab

  在CentOS 6 中 init 的配置文件為：/etc/inittab，/etc/init/*.conf

  在init的配置文件中有個(gè)一非常重要的配置項(xiàng)目，那就是默認(rèn)的系統(tǒng)啟動(dòng)級(jí)別。啟動(dòng)級(jí)別是為系統(tǒng)維護(hù)的目的而設(shè)定的，其實(shí)現(xiàn)方式是關(guān)閉或啟動(dòng)對(duì)應(yīng)級(jí)別下的服務(wù)。以下為init的7個(gè)運(yùn)行級(jí)別：

• • 0：halt，關(guān)機(jī)

  • 1：Single user，單用戶模式，此級(jí)別允許以root用戶身份登錄，而無需認(rèn)證，相當(dāng)于windows的安全模式

  • 2：Multiuser，多用戶模式，需要用戶認(rèn)證，會(huì)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能，但不會(huì)啟動(dòng)NFS

  • 3：Full multiuser，完全多用戶模式，文本界面
    

  • 4：unused，預(yù)留級(jí)別，目前無特別的使用目的

  • 5：X11，正常級(jí)別，也是完全多用戶模式，圖形界面

  • 6：reboot，重啟

通常使用較多的默認(rèn)級(jí)別為3或5，服務(wù)器上一般默認(rèn)使用3級(jí)別，不同級(jí)別之間是可以進(jìn)行切換的，切換方式為：init [0-6]，可以使用 who -r 或 run_leave命令查看運(yùn)行級(jí)別。

• 第五步：運(yùn)行系統(tǒng)初始化腳本

  根據(jù) init 的配置文件，先獲取默認(rèn)的 runlevel，然后再執(zhí)行 /etc/rc.d/rc.sysinit 腳本完成系統(tǒng)初始化。

  系統(tǒng)初始化腳本所做的事情主要有：

      1、設(shè)定主機(jī)名（讀取/etc/sysconfig/network文件）

      2、激活 SELinux 和 udev
  

      3、打印文本歡迎信息

      4、掛載所有定義在/etc/fstab文件中的文件系統(tǒng)
  

      5、激活 swap 設(shè)備

      6、檢測跟文件系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)以讀寫方式重新掛載

      7、設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘

      8、根據(jù) /etc/sysctl.conf 文件設(shè)定內(nèi)核參數(shù)的值

      9、激活LVM和RAID設(shè)備

      10、加載額外的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

      11、清理操作

  
  

• 第六步：啟動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)

  按照默認(rèn)級(jí)別的參數(shù)N，執(zhí)行 /etc/rcN.d/ 目錄下設(shè)定的關(guān)閉和啟動(dòng)相應(yīng)的服務(wù)。

  
  

• 第七步：打印登錄提示符

二、GRUB程序的三個(gè)階段

• stage1：運(yùn)行Boot Loader主程序，這個(gè)程序必須要被安裝在啟動(dòng)區(qū)（MBR）。因?yàn)镸BR空間有限，因此在MBR當(dāng)中僅安裝Boot Loader的最小主程序，并沒有安裝Boot Loader的相關(guān)配置文件。

• stage1_5：存放在MBR隨后的扇區(qū)中，主要用于與stage2所在分區(qū)的文件系統(tǒng)進(jìn)行交互。

• stage2：通過Boot Loader加載所有配置文件及相關(guān)的環(huán)境參數(shù)信息，這些配置文件及相關(guān)的環(huán)境參數(shù)都存放于磁盤分區(qū)上的/boot目錄下。
  

grup的配置文件路徑為：/boot/grub/grub.conf，內(nèi)容如下：

• default：設(shè)定默認(rèn)啟動(dòng)的內(nèi)核和操作系統(tǒng)，如果同時(shí)安裝了多個(gè)操作系統(tǒng)或內(nèi)核，0表示定義的第一個(gè)title系統(tǒng)，1表示定義的第二個(gè)title系統(tǒng)，依次類推；

• timeout：設(shè)定系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)選擇操作系統(tǒng)菜單的等待時(shí)間，單位是秒（s）；

• splashp_w_picpath：設(shè)定系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)grub菜單的背景圖片。圖片格式為xpm，14bits顏色，大小為640*480，需要gzip壓縮；

• hiddenmenu：隱藏選擇菜單，默認(rèn)情況下是不顯示菜單信息，如果想要顯示菜單，將該配置注釋即可；

• title：定義一個(gè)操作系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)核，且包括下面內(nèi)容：

      root：指明引導(dǎo)當(dāng)前操作系統(tǒng)或內(nèi)核文件所在的分區(qū)；

      kernel：指定文件路徑、根文件系統(tǒng)所在設(shè)備，以及傳遞給內(nèi)核的參數(shù)。由于啟動(dòng)過程中需要掛載跟目錄，因此需要指定根目錄所在的分區(qū)。內(nèi)核參數(shù) rhgb表示色彩顯示，quiet表示靜默模式加載內(nèi)核；

      initrd：指定用于輔助內(nèi)核完成系統(tǒng)啟動(dòng)的ramdisk文件路徑；
  

三、關(guān)于GRUB的調(diào)試

1、破解root用戶密碼

• 第一步：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)按任意鍵進(jìn)入GRUB菜單，動(dòng)作一定要快，默認(rèn)是5s的倒計(jì)時(shí)

如上圖所示，可以使用上下鍵選擇要啟動(dòng)的操作系統(tǒng)（這里只用一個(gè)）；

按“e”可以對(duì)選擇的項(xiàng)進(jìn)行編輯；

按“a”可以對(duì)選擇的項(xiàng)進(jìn)行內(nèi)核參數(shù)修改；

按“c”可以進(jìn)入命令行模式；

• 第二步：根據(jù)提示，選擇相應(yīng)的菜單，然后按“a”，在原有內(nèi)核參數(shù)的最后加上“1或s或S或single”的任意一個(gè)參數(shù)，表示進(jìn)入單用戶模式，然后按回車鍵啟動(dòng)系統(tǒng)

  
  

  

• 第三步：以單用戶模式進(jìn)入系統(tǒng)后，使用passwd命令修改root用戶密碼，修改完之后重啟系統(tǒng)即可使用新的root用戶密碼登錄系統(tǒng)。
  

2、為GRUB菜單設(shè)置保護(hù)密碼

默認(rèn)情況下進(jìn)入GRUB菜單后不需要任何密碼就可以進(jìn)行編輯，相對(duì)來說是比較危險(xiǎn)的，因此可以修改 grub.conf 配置文件為GRUB菜單設(shè)置密碼保護(hù)，在 grub.conf 文件中的title字段上面新增一行pwssword PASSWD，password支持命令口令和加密口令，具體設(shè)置如下圖所示：

md5加密口令的生成命令為：grub-md5-crypt

在grub.conf文件中新增password后，再次進(jìn)入GRUB菜單時(shí)如果想要編輯則必須按“p”鍵，然后通過密碼驗(yàn)證后才能編輯，如下圖所示：

同理，在grub.conf 配置文件中的title內(nèi)添加password，可以保護(hù)內(nèi)核，即進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)需要輸入密碼驗(yàn)證后才能啟動(dòng)。

3、取消圖形界面的啟動(dòng)，使用文本界面啟動(dòng)

系統(tǒng)默認(rèn)的啟動(dòng)方式是圖形界面啟動(dòng)，因此看不到系統(tǒng)的啟動(dòng)過程，可以通過修改 grub.conf 配置文件設(shè)置成文本界面啟動(dòng)，生產(chǎn)環(huán)境下也建議使用文本界面啟動(dòng)，因?yàn)檫@種啟動(dòng)方式可以看到整個(gè)過程，如果哪個(gè)服務(wù)在啟動(dòng)過程中出錯(cuò)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。修改方法是把kernel參數(shù)中的rhgb和quiet刪除。

4、如果/boot下的文件損壞或丟失的恢復(fù)方法

• 第一步：使用安裝光盤進(jìn)入救援模式，進(jìn)入時(shí)需要根據(jù)提示手動(dòng)選擇語言、鍵盤等

加載救援模式的過程中會(huì)提示硬盤上的系統(tǒng)已經(jīng)被找到并掛載到/mnt/sysp_w_picpath下，因此進(jìn)入救援模式后可以使用 chroot /mnt/sysp_w_picpath 命令切換到硬盤上操作系統(tǒng)的根目錄下，因?yàn)榫仍Ｊ较绿峁┑拿畋容^有限，好多命令都不支持。

如果進(jìn)入到救援模式后，沒有發(fā)現(xiàn)硬盤上的根文件系統(tǒng)，則需要使用相關(guān)命令查找并分析根文件系統(tǒng)所在硬盤分區(qū)位置，如果硬盤使用的是普通分區(qū)，則可以通過 blkid 命令和 fdisk -l 命令分析出根文件系統(tǒng)的分區(qū)位置，而如果硬盤使用的是LVM分區(qū)，則可以使用 lvscan 命令查看分區(qū)，并且需要使用 vgchange -ay 命令激活VG卷組。

分析出根文件系統(tǒng)所在分區(qū)后掛載根文件系統(tǒng)，然后檢查并修改fstab文件，如果該文件丟失，則手動(dòng)創(chuàng)建一份，按照相應(yīng)格式在其中添加掛載根文件系統(tǒng)的條目，然后重啟系統(tǒng)，直到能夠自動(dòng)檢測出硬盤上的系統(tǒng)并掛載到/mnt/sysp_w_picpath下為止。

• 第二步：進(jìn)入到硬盤的根文件系統(tǒng)后，使用mount命令掛載光盤，比如將光盤掛載到/mnt/cdrom上：

• 第三步：使用rpm命令安裝kernel包，安裝時(shí)會(huì)提示kernel已安裝，需要使用--force或--replacepkgs選項(xiàng)強(qiáng)制安裝。安裝完之后會(huì)在/boot目錄下自動(dòng)生成initramfs文件和vmlinuz文件
  

vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64 和 initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img 是系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)必要的兩個(gè)文件，缺一不可。

vmlinuz-2.6.32-642.el6.x86_64：內(nèi)核文件，如果只是該文件丟失，可以從光盤或者相同版本的操作系統(tǒng)上拷貝。

initramfs-2.6.32-642.el6.x86_64.img：虛擬文件系統(tǒng)，通過Boot Loader程序能夠?qū)⑵浼虞d到內(nèi)存中，然后這個(gè)文件會(huì)被解壓縮并且在內(nèi)存中模擬一個(gè)跟文件系統(tǒng)，這個(gè)跟文件系統(tǒng)能夠提供一個(gè)可以運(yùn)行的程序，通過該程序可以加載在啟動(dòng)過程中所需要的核心模塊（RAID、LVM、SCSI等文件系統(tǒng)與磁盤的驅(qū)動(dòng)程序），加載完成之后，會(huì)協(xié)助內(nèi)核重新呼叫/sbin/init來執(zhí)行后續(xù)的正常啟動(dòng)。如果只是該文件丟失，可以使用 mkinitrd /boot/initramfs-`uname -r`.img `uname -r` 重新生成 。

• 第四步：使用 grub-install 命令修復(fù)grub，需要注意的是該命令需要指定/boot目錄的父目錄，如果/boot的父目錄是根目錄（/），則可以省略 --root-directory=DIR 選項(xiàng)。該命令也可以修復(fù)/boot/grub下的文件
  

• 第五步：在/boot/grub下創(chuàng)建 grub.conf 配置文件，配置文件內(nèi)容如下圖所示

• 第六步：使用exit命令退出硬盤中的文件系統(tǒng)，再使用reboot命令重啟系統(tǒng)
  

5、grub.conf文件損壞的修復(fù)

如果grub.conf文件損壞，則操作系統(tǒng)將不能正常啟動(dòng)，此時(shí)手中如果有安裝光盤的話可以通過救援模式重新創(chuàng)建grub.conf文件，但如果沒有安裝光盤的話，可以通過以下方式修復(fù)：

• 第一步：如果grub.conf文件損壞，則系統(tǒng)系統(tǒng)時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入grub的命令行模式，該模式下可以通過 help 命令查看幫助。使用root命令可以顯示當(dāng)前grub所在硬盤的分區(qū)位置；

• 第二步：使用 root 命令指定內(nèi)核存放的位置；

• 第三步：使用 kernel 命令設(shè)置kernel文件路徑及根文件系統(tǒng)所在設(shè)備，支持Tab命令補(bǔ)全；

• 第四步：使用 initrd 命令設(shè)置initramfs路徑，支持Tab命令補(bǔ)全；

• 第五步：使用 boot 命令啟動(dòng)系統(tǒng)；

• 第六步：系統(tǒng)啟動(dòng)后手工重新編寫 /boot/grub/grub.conf 配置文件。

  
  

四、在U盤上自制 Linux 系統(tǒng)

根據(jù) CentOS 6 的啟動(dòng)過程，可以在U盤上自制一個(gè)定制版的Linux系統(tǒng)，首先需要?jiǎng)澐殖鲆粋€(gè)/boot分區(qū)和一個(gè)根（/）分區(qū)，其次需要安裝grub，然后將內(nèi)核文件和initramfs文件放入到U盤的/boot目錄下，最后創(chuàng)建必要的配置文件，具體步驟如下：

• 第一步：使用 fdisk 命令為U盤創(chuàng)建/boot分區(qū)和根分區(qū)，/boot分區(qū)（/dev/sdb1）大小為100M，根分區(qū)（/dev/sdb2）大小為6G

• 第二步：格式化分區(qū)，將/boot分區(qū)（/dev/sdb1）和根分區(qū)（/dev/sdb2）都格式化成ext4格式

• 第三步：分別將U盤上的boot（/dev/sdb1）分區(qū)和根分區(qū)（/dev/sdb2）掛載到當(dāng)前系統(tǒng)的/mnt/boot和/mnt/sysroot上

• 第四步：使用 grub-install 命令安裝grub，注意需要指定所掛載U盤/boot分區(qū)的父目錄為/mnt

• 第五步：在/mnt/boot/grub目錄下創(chuàng)建grub.conf配置文件，該配置文件中需要在kernel參數(shù)配置項(xiàng)中關(guān)閉selinux，并指定init程序?yàn)?span >/bin/bash

• 第六步：復(fù)制內(nèi)核文件和initramfs文件到/mnt/boot目錄下

• 第七步：在/mnt/sysroot目錄下創(chuàng)建一級(jí)目錄

• 第八步：在/mnt/sysroot/bin目錄下創(chuàng)建fstab的自動(dòng)掛載文件

• 第九步：復(fù)制bash命令及相關(guān)庫文件，注意bash命令和庫文件的路徑一定要放對(duì)，可以使用which命令查看bash路徑，使用ldd命令查看bash的依賴庫。

• 第十步：參考第九步，根據(jù)需求復(fù)制相應(yīng)的命令及庫文件，可以使用腳本復(fù)制命令和庫，腳本內(nèi)容如下：

[root@localhost ~]# cat copycmd.sh 
#!/bin/bash
 
ch_root="/mnt/sysroot"
[ ! -d $ch_root ] && mkdir $ch_root
bincopy() {
    if which $1 &>/dev/null; then
        local cmd_path=`which --skip-alias $1`
        local bin_dir=`dirname $cmd_path`
        [ -d ${ch_root}${bin_dir} ] || mkdir -p ${ch_root}${bin_dir}
        [ -f ${ch_root}${cmd_path} ] || cp -n $cmd_path ${ch_root}${bin_dir}
        return 0
    else
        echo "Command not found."
        return 1
    fi
}
 
libcopy() {
    local lib_list=$(ldd `which --skip-alias $1` | grep -Eo '/[^[:space:]]+')
    for loop in $lib_list;do
        local lib_dir=`dirname $loop`
        [ -d ${ch_root}${lib_dir} ] || mkdir -p  ${ch_root}${lib_dir}
        [ -f ${ch_root}${loop} ] || cp -n $loop ${ch_root}${lib_dir}
    done
}
read -p "Please input a command: " command
while [ "$command" != "quit" ];do
    if bincopy $command ;then
        libcopy $command
    fi
    read -p "Please input a command or quit: " command
done