Linux系统启动原理和故障排除

清疚 2022-02-13 07:27 350阅读 0赞

*  centos6系统启动过程及相关配置文件
 *  centos7系统启动过程及相关配置文件
 *  实战-加密grub防止黑客通过单用户系统破解root密码
 *  实战-通过liveCD进入救援模式-重装grub修复损坏的系统

一、centos6系统启动过程

1.  加载 BIOS 的硬件信息，跟据设定取得第一个可开机引导设置，如：光驱，硬盘，网络，USB； 如果是硬盘为第一引导。  
    ![在这里插入图片描述][20190427104654365.png]
2.  读取硬盘中 MBR 的 boot Loader 就是 grub引导  
    GRUB（GRand Unified Bootloader简称“GRUB”）是一个来自GNU项目的多操作系统启动程序。  
    MBR的硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区（也叫主引导记录MBR）。它由三个部分组成，主引导程序、硬盘分区表DPT（Disk Partition table）和硬盘有效标志（55AA）。  
    互动：为什么MBR分区表，只能分4个主分区？  
    注：磁盘默认一个扇区大小为：512字节。MBR由以下3部分组成：  
    第一部分是：主引导程序（boot loader）占446个字节。主引导程序，它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序。  
    第二部分是Partition table区（分区表），即DPT，占64个字节，硬盘中分区有多少以及每一分区的大小都记在其中。每个分区表项长16个字节，16*4=64字节。为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4。64字节只存4个分区表。  
    第三部分是MBR有效标识位，占2个字节，固定为55AA。如果这个标志位0xAA55，就认为这个是MBR。  
    所以：16*4+446+2=512
3.  依据 boot loader 的设定，到引导分区加载 Kernel ，Kernel 会开始侦测硬件并加载驱劢程序；
4.  在硬件驱动成功后，Kernel 会主动执行 init 程序，而 init 会取得 run-level 信息；
5.  init 执行 /etc/rc.d/rc.sysinit 文件来准备软件执行的作业环境 (如网络、时区等)；  
    ![在这里插入图片描述][20190427104728116.png]  
    作用：系统初始化、主机名和fstab都在这里指定、mount分区、激活swap、加载modules等重要工作  
    6.init 执行 run-level 下各个服务并启动 (script 方式)；  
    /etc/rc.d/rc3.d/（这里的程序/服务S开头的全部开机执行；K开头的表示开机不执行，表明了关机时顺序）  
    ![在这里插入图片描述][20190427104732697.png]  
    rcn.d (n为1到6) 是对应于不同的runlevel下起不同的服务. 这些目录下都是一些符号连接, 连接到/etc/rc.d/init.d下的一些文件.以S开头的表示要启动, 以K开头的不启动.  
    ![在这里插入图片描述][20190427104739182.png]  
    7.init 执行开机后自动运行脚本 /etc/rc.d/rc.local 文件；  
    ![在这里插入图片描述][2019042710474446.png]  
    8.init 执行虚拟终端机控制程序 mingetty 来启动 login 程序，最后就等待用户登入啦；

如图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

二、centos6相关配置文件  
1、grub.conf引导配置文件

> \[root@xuegod120 ~\]\# cat /boot/grub/grub.conf  
> \#grub.conf generated by anaconda  
> \#Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file  
> \#NOTICE: You have a /boot partition. This means that  
> \#all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.  
> \#root (hd0,0)  
> \#kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/mapper/vg\_xuegod120-lv\_root  
> \#initrd /initrd-\[generic-\]version.img  
> \#boot=/dev/sda  
> default=0 \#设置默认启动菜单项，当系统中有多个内核时，0表示第一个，1表示第二个内核  
> timeout=5 \#菜单项等待选项的时间是5秒  
> splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz \#菜单背景图片路径  
> hiddenmenu \#隐藏菜单  
> title CentOS (2.6.32-431.el6.x86\_64) \#定义菜单栏  
> root (hd0,0) \#grub查找stage2及kernel文件所在设备分区，grub的根  
> kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86\_64 ro root=/dev/mapper/vg\_xuegod120-lv\_root rd\_NO\_LUKS rd\_NO\_MD crashkernel=auto LANG=zh\_CN.UTF-8 rd\_LVM\_LV=vg\_xuegod120/lv\_swap KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd\_NO\_DM rd\_LVM\_LV=vg\_xuegod120/lv\_root rhgb quiet \#启动的内核文件  
> initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86\_64.img \#内核匹配的ramf文件（虚拟的系统，尽在kernel系统之间的虚拟系统）

2、系统启动级别

> \[root@xuegod120 ~\]\# cat /etc/inittab  
> \#inittab is only used by upstart for the default runlevel.  
> \#ADDING OTHER CONFIGURATION HERE WILL HAVE NO EFFECT ON YOUR SYSTEM.  
> \#System initialization is started by /etc/init/rcS.conf  
> \#Individual runlevels are started by /etc/init/rc.conf  
> \#Ctrl-Alt-Delete is handled by /etc/init/control-alt-delete.conf  
> \#erminal gettys are handled by /etc/init/tty.conf and /etc/init/serial.conf,  
> \#with configuration in /etc/sysconfig/init.  
> \#For information on how to write upstart event handlers, or how  
> \#upstart works, see init(5), init(8), and initctl(8).  
> \#Default runlevel. The runlevels used 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:5:initdefault: \#这里是决定系统启动级别的关键

3、启动级别下对应的服务  
![在这里插入图片描述][20190427105114175.png]  
/etc/rc.d/目录下对应7个启动级别有各自的目录  
每个目录下有相对应的服务或程序的开机或者关机顺序文件

> \[root@xuegod120 ~\]\# ll /etc/rc.d/rc3.d/ | grep network  
> lrwxrwxrwx. 1 root root 17 2月 11 04:50 S10network -> …/init.d/network  
> \[root@xuegod120 ~\]\# vim /etc/init.d/network  
> \#! /bin/bash  
> \#network Bring up/down networking  
> \#chkconfig: 2345 10 90 \#2345对应启动级别 10启动顺序 90关机顺序  
> \[root@xuegod120 ~\]\# chkconfig --list | grep network  
> network 0:关闭 1:关闭 2:启用 3:启用 4:启用 5:启用 6:关闭  
> \[root@xuegod120 ~\]\# chkconfig network off \#关闭network开机自启动  
> \[root@xuegod120 ~\]\# chkconfig --list | grep network \#查看  
> network 0:关闭 1:关闭 2:关闭 3:关闭 4:关闭 5:关闭 6:关闭  
> \[root@xuegod120 ~\]\# ll /etc/rc.d/rc3.d/ | grep network  
> lrwxrwxrwx. 1 root root 17 4月 24 00:06 K90network -> …/init.d/network

4、所有服务执行后，开机执行这个文件/etc/rc.local  
如果有需要开机后执行的操作，可以写入这个文件

> \[root@xuegod120 ~\]\# ll /etc/rc.local  
> lrwxrwxrwx. 1 root root 13 2月 11 04:50 /etc/rc.local -> rc.d/rc.local  
> \[root@xuegod120 ~\]\# cat !$  
> cat /etc/rc.local  
> \#!/bin/sh  
> \#This script will be executed *after* all the other init scripts.  
> \#You can put your own initialization stuff in here if you don’t  
> \#want to do the full Sys V style init stuff.  
> touch /var/lock/subsys/local

三、centos7系统启动过程  
1、UEFI或BIOS初始化，运行POST开机自检  
2、选择启动设备  
3、引导装载程序（加载引导文件grub2）  
4、加载程序的配置文件（/etc/grub.d/ /etc/default/grub /boot/grub2/grub.cfg)  
5、加载内核选项  
6、加载initramfs初始化伪文件系统（虚拟文件系统）  
7、内核初始化，centos7使用systemd代替init  
8、执行initrd.target所有单元，包括挂载/etc/fstab  
9、从initramfs根文件系统切换到磁盘根目录（虚拟根切换到内核根）  
10、systemd执行默认target配置，配置文件/etc/systemd/system/default.target  
11、systemd执行sysinit.target初始化系统即basic.target准备操作系统  
12、systemd启动multi-user.target下的本机与服务器服务  
13、systemd执行multi-user.target下的/etc/rc.d/rc.local  
14、systemd执行multi-user.target下的getty.target及登录服务  
15、systemd执行graphical需要的服务  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

四、Centos7相关配置文件  
1、gurb2和grub区别  
centos6中，grub文件是/boot/grub/grub.conf  
centos7中，使用grub2，配置文件改为/boot/grub2/grub.cfg，但是功能还是大致一样的都是用于加载内核，不过在centos7上设置默认启动项发生变化  
2、修改centos7的内核启动顺序

> \[root@xuegod140 ~\]\# cat /etc/default/grub  
> GRUB\_TIMEOUT=5 \#菜单栏启动时间  
> GRUB\_DISTRIBUTOR=" ( s e d ′ s , r e l e a s e . ∗ (sed &\#x27;s, release .\* (sed′s,release.∗,g’ /etc/system-release)"  
> GRUB\_DEFAULT=saved \#改为GRUB\_DEFAULT=1；0表示第一个内核，1表示第二个内核  
> GRUB\_DISABLE\_SUBMENU=true  
> GRUB\_TERMINAL\_OUTPUT=“console”  
> GRUB\_CMDLINE\_LINUX=“rhgb quiet”  
> GRUB\_DISABLE\_RECOVERY=“true”

修改配置文件后，需要使用grub2-mkconfig命令生成grub.cfg

> \[root@xuegod140 ~\]\# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg  
> Generating grub configuration file …  
> Found linux image: /boot/vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86\_64  
> Found initrd image: /boot/initramfs-3.10.0-862.el7.x86\_64.img  
> Found linux image: /boot/vmlinuz-0-rescue-9a72d96b863a419c8f569bb047f1b0e1  
> Found initrd image: /boot/initramfs-0-rescue-9a72d96b863a419c8f569bb047f1b0e1.img  
> done  
> \[root@xuegod140 ~\]\#reboot

注：在centos7中，如果要修改grub.cfg文件，不能直接修改，需要修改相对应的配置文件，后再使用命令更新grub.cfg文件。这里和centos6不同，6可以直接修改此文件。

3、修改centos6的内核启动顺序

> \[root@xuegod120 ~\]\# vim /boot/grub/grub.conf  
> default=0 \#默认启动第一个内核  
> timeout=5 \#启动菜单等待时间是5秒  
> \[root@xuegod120 ~\]\#reboot

五、实战-加密grub防止黑客通过单用户破解root密码  
1、centos6系统的加密  
先使用命令生产grub的md5密码

> \[root@xuegod120 ~\]\# grub-md5-crypt  
> Password:  
> Retype password:  
>  1 1 1GKL3M0$mj0VvXWXOJyWdj5n71nJL0

将$1$GKL3M0$mj0VvXWXOJyWdj5n71nJL0文件写入到grub.conf文件中  
在我们的内核启动菜单前面加上grub加密的密码  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
重启系统，测试  
编辑grub时，需要按下P键，输入加密的密码：123456  
按下e键，需要编辑grub菜单，会弹出如下，正常没有加密，可以直接进行编辑，加密有需要按下p键，输入密码，进行编辑  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
现在可以按下e键，进入编辑模式  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

可以进入救援模式，恢复root密码，恢复grub引导文件之类的操作  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

2、centos7的grub加密  
使用grub2-mkpasswd-pbkdf2命令生成密文密码

> \[root@xuegod140 ~\]\# grub2-mkpasswd-pbkdf2  
> Enter password:  
> Reenter password:  
> PBKDF2 hash of your password is grub.pbkdf2.sha512.10000.E1551FDA801645975C7C664466E313261C902E73BE1D231BCDA49854698FBCCB972AE73EEC79BC56380F4A8438FE127B9435213FDE489D0FD89DE329734D79DD.2B7B298731E1ABBEDD519466821F107C8DED95ED47F797C357D947918C8BE99EC70B1FD77F8A5EB9801819CB20D6C00417CC4AE6097D1009021F39E7043C288F

上述的密码是从grub.pbkdf2开始到结尾是加密后密码  
先查看如果需要修改grub菜单，需要修改那个相关配置文件，来改变grub.cfg文件

> \[root@xuegod140 ~\]\# cat /boot/grub2/grub.cfg  
> \#\#\#BEGIN /etc/grub.d/00\_header \#\#\#  
> \#\#\#END /etc/grub.d/00\_header \#\#\# \#grub菜单文件  
> \#\#\#BEGIN /etc/grub.d/01\_users \#\#\#  
> \#\#\#END /etc/grub.d/01\_users \#\#\# \#用户加密文件  
> \#\#\#BEGIN /etc/grub.d/10\_linux \#\#\#  
> \#\#\#END /etc/grub.d/10\_linux \#\#\# \#内核文件

所以需要修改/etc/grub.d/00\_header文件，在文件最后加上如下内容：

> cat << EOF  
> set superusers=‘zx’  
> password\_pbkdf2 zx  
> grub.pbkdf2.sha512.10000.E1551FDA801645975C7C664466E313261C902E73BE1D231BCDA49854698FBCCB972AE73EEC79BC56380F4A8438FE127B9435213FDE489D0FD89DE329734D79DD.2B7B298731E1ABBEDD519466821F107C8DED95ED47F797C357D947918C8BE99EC70B1FD77F8A5EB9801819CB20D6C00417CC4AE6097D1009021F39E7043C288F  
> EOF  
> ![在这里插入图片描述][20190427105306213.png]  
> 更新grub.cfg文件的信息  
> \[root@xuegod140 ~\]\# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg  
> Generating grub configuration file …  
> Found linux image: /boot/vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86\_64  
> Found initrd image: /boot/initramfs-3.10.0-862.el7.x86\_64.img  
> Found linux image: /boot/vmlinuz-0-rescue-9a72d96b863a419c8f569bb047f1b0e1  
> Found initrd image: /boot/initramfs-0-rescue-9a72d96b863a419c8f569bb047f1b0e1.img  
> done

发现内容，已经加载到配置文件中  
重启系统，测试  
![在这里插入图片描述][20190427105315662.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

[20190427104654365.png]: /images/20220213/99f146c5e97643819f998a4843fa04f2.png
[20190427104728116.png]: /images/20220213/a1d2039e0ade43f2ab96cba30c31d80e.png
[20190427104732697.png]: /images/20220213/0936688d5ee0454daa1d169c0eb7f642.png
[20190427104739182.png]: /images/20220213/e0ba005882c5433f8df9270c9dc9ad05.png
[2019042710474446.png]: /images/20220213/db66435787034ed6a910571d38ccb257.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220213/7c81ff8967ea43eabe15196a19cfa16a.png
[20190427105114175.png]: /images/20220213/63406618b7bf457897181f370187541e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220213/15abf8074278419ca3afc09132aaf199.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220213/f0088daff7b64f42a54c0af9d60808c2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220213/1ff311aafb1343c4ae2a4ec6e4aa35c9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220213/bfd29f8047734c71887e50376cfdf479.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220213/919b360198294c8db72097abce943a13.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20220213/fa75710ad29745b1b8b38c678391ba6d.png
[20190427105306213.png]: /images/20220213/f67ef9ca98674fb8b2a07bf934fd5c44.png
[20190427105315662.png]: /images/20220213/c101d19a20ee4190a7cac839a9855fce.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTg0MzY5OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20220213/dbb1e017796844b7810491a2c2ff3396.png