CentOS 8启动流程

一、bios与uefi

BIOS

Basic Input Output System的缩写，即“基本输入输出系统”，是计算机启动时首先加载的程序。它主要负责检测和设置硬件，并启动操作系统。BIOS于1975年首次出现，是一个行业标准的固件接口。

UEFI

Unified Extensible Firmware Interface的缩写，意为“统一可扩展固件接口”，是BIOS的替代方案。其前身是Intel在1998年开始开发的Inter Bot Initiative，后来演变为可扩展固件接口（EFI），并于2005年由统一可扩展固件接口论坛正式命名为UEFI。

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UEFI的优势

1. 支持更大硬盘容量：与传统BIOS+MBR只能支持2048G的硬盘分区和4个主分区不同，UEFI+GPT不受硬盘容量和分区数量限制。虽然Windows系统有限制，最多支持128个GPT磁盘分区，最大分区18EB，且GPT格式没有主分区和逻辑分区的概念。

2. 容错特性：UEFI采用模块化构建，具有更强的容错和纠错能力。

3. 鼠标操作：UEFI内置图形驱动，支持原生分辨率的图形环境，用户可以使用鼠标进行操作。

4. 扩展性强：UEFI包含一个可编程的开放接口，厂商可以利用此接口扩展功能，如备份和诊断。

5. 支持联网：无需进入操作系统，即可通过网络进行远程故障诊断。

二、CentOS8启动流程

现代计算机是软件与硬件的复杂组合，从接通电源到系统登录，需要软件和硬件的紧密配合。我们将探讨CentOS8 x86_64系统的启动过程，虚拟机的启动流程大致相同，但某些与硬件相关的步骤由虚拟机软件处理。

1. 接通电源

系统固件（UEFI或BIOS）运行自检，并初始化部分硬件。

2. 系统固件搜索可启动设备

启动设备可能是UEFI启动固件中配置的，也可能是按照BIOS中配置的顺序搜索所有磁盘上的主启动记录（MBR）。

3. 读取启动加载器（boot loader）

系统固件从MBR中读取启动加载器，然后将控制权交给启动加载器。在CentOS8中，启动加载器为GRUB2。

4. grub.cfg

GRUB2从/boot/grub2/grub.cfg文件中加载配置并显示启动菜单，用户可选择要启动的内核。grub.cfg文件可以通过grub2-mkconfig命令结合/etc/grub.d/目录和/etc/default/grub文件生成。

5. initramfs

选择内核或到达超时时间后，启动加载器从磁盘加载内核（vmlinuz）和initramfs，并将其放入内存。initramfs包含启动时所需的硬件内核模块（驱动）和初始化脚本等。可以通过lsinitrd和dracut命令结合/etc/dracut.conf.d/目录查看和配置initramfs文件。

6. 启动加载器放权

启动加载器将控制权交给内核。

7. 内核初始化

内核在initramfs中寻找硬件驱动并初始化相关硬件，然后启动/usr/sbin/init（PID=1）。在CentOS8中，/sbin/init是systemd的链接。

8. 启动initrd.target并挂载

systemd执行initrd.target包含的所有单元，并将根文件系统挂载到/sysroot/目录。initrd.target启动时的依赖单元将根据/etc/fstab设置挂载硬盘。

9. 切换根文件系统

内核将根文件系统从initramfs切换到/sysroot（硬盘上的根文件系统），systemd会找到磁盘上安装的systemd并自动重新执行。

10. 启动相应目标

硬盘上安装的systemd会查找从内核命令行传递的目标或系统中配置的默认目标，并启动相应单元，进入登录界面。默认目标是/etc/systemd/system/default.target。

注意：字符界面

如果默认目标为multi-user.target（字符界面），systemd会先执行sysinit.target初始化系统，然后执行basic.target与getty.target准备基本系统环境和终端，再启动multi-user.target下的相关应用，同时执行/etc/rc.d/rc.local（需要执行权限）和登录服务（systemd-logind.service），开启登录界面。

图形界面

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在multi-user.target的基础上执行graphical.target启动所需的服务，开启图形界面。

三、运行级别切换与相关配置文件

CentOS8在启动过程中需要判断对应的运行级别，不同的运行级别会启动不同的单元。运行级别的切换涉及以下命令：

• systemctl isolate .../init [0-6]：切换运行级别
• systemctl get-default：查看当前的默认运行级别
• systemctl set-default ...：设置默认的运行级别
• runlevel：查看之前的运行级别和当前的运行级别

运行级别对照

• runlevel0.target -> poweroff.target
• runlevel1.target -> rescue.target
• runlevel2.target -> multi-user.target
• runlevel3.target -> multi-user.target
• runlevel4.target -> multi-user.target
• runlevel5.target -> graphical.target
• runlevel6.target -> reboot.target

因此，当使用init [0-6]切换运行级别时，系统执行的是systemctl isolate runlevel[0-6].target。

四、Boot Loader与GRUB2

在CentOS8的启动流程中，有一个称为启动加载器（boot loader）的工具。如果没有这个boot loader，就无法加载内核。在CentOS8中使用的启动加载器是Grub2。在了解Grub2之前，先简单介绍一下boot loader。

Boot Loader的两个阶段

boot loader的工作过程分为两步：

• stage1：执行boot loader的主程序，必须安装在MBR或启动扇区。由于空间限制，仅存放最小化的boot loader，不包含配置文件。
• stage2：通过主程序加载配置文件。boot loader的主程序加载所有相关的配置文件，包括定义文件系统类型的和CentOS8中的grub.cfg文件，这些文件通常存放在/boot目录中。

GRUB2

目前，Linux下的启动加载器有两种，一种是LILO，另一种是GRUB。由于GRUB功能更强大，支持的文件系统较多，因此越来越多的操作系统使用GRUB作为boot loader。CentOS从7开始使用功能更为强大的GRUB2。

GRUB2的优点

• 支持更多的文件系统
• 开机时可以手动调整启动参数
• 动态更新配置文件，修改完配置文件后不需要重新安装GRUB2

GRUB2与硬盘

由于grub2的主要任务是从硬盘中加载内核，所以grub2必须识别硬盘。grub2识别硬盘的方式与Linux系统有所不同。在Linux系统中，硬盘通常被识别为类似sda1的形式，而在grub2中，硬盘统一被识别为hd设备，排序方式全部用数字进行排序，而不是用字母加数字的混合形式。这样做的目的是为了定义grub2查找内核时的顺序。

grub2配置文件

grub2的配置文件建议不要随意更改。grub.cfg文件的内容由grub2-mkconfig命令自动生成，相关模板和设置存放在/etc/grub.d/目录以及/etc/default/grub文件中。如果需要修改，需要通过调整/etc/default/grub文件并使用grub2-mkconfig命令生成新的grub.cfg文件。

/etc/default/grub与/etc/grub.d/

grub2的配置文件grub.cfg内容复杂且不建议手动修改。如果需要修改，需要通过/etc/default/grub文件以及/etc/grub.d/目录内的内容来实现。

/etc/default/grub

• GRUB_TIMEOUT=5：定义启动菜单默认等待时间，单位为秒。
• GRUB_DISTRIBUTOR="$(sed 's, release .*$,,g' /etc/system-release)"：定义获取操作系统名称的方式。
• GRUB_DEFAULT=saved：定义开机时默认启动的项目，可以是数字、标题名称或saved（表示默认启动上次成功启动的操作系统）。
• GRUB_DISABLE_SUBMENU=true：是否隐藏子菜单。
• GRUB_TERMINAL_OUTPUT="console"：定义启动时的界面使用哪种终端输出，值包含console、serial、gfxterm、vga_text等。
• GRUB_CMDLINE_LINUX="resume=/dev/mapper/cl-swap rd.lvm.lv=cl/root rd.lvm.lv=cl/swap rhgb quiet"：定义额外的启动参数。
• GRUB_DISABLE_RECOVERY="true"：是否启用修复模式。
• GRUB_ENABLE_BLSCFG=true：是否启用bootloader规范。

修改完成后，需要使用grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg命令重新生成配置文件。

/etc/grub.d/

• 00_header：设置默认参数。
• 00_tuned：额外调整的值。
• 01_menu_auto_hide：与菜单隐藏相关的设置。
• 01_users：与用户相关的设置。
• 10_linux：与内核相关的设置。
• 20_ppc_terminfo：与终端相关的设置。
• 20_linux_xen：与虚拟化相关的设置。
• 30_os-prober：与操作系统检测相关。
• 30_uefi-firmware：与UEFI启动设置相关，需要硬件支持。
• 40_custom&41_custom：自定义设置。

这些文件会按照数字顺序由小到大加载。

注意：此为紧急模式，用于紧急处理系统错误，无法使用rescue.target时，可以尝试使用此模式。

以上就是CentOS 8启动流程的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！