Linux 启动流程
1. 实验介绍
1.1 实验内容
从主机设备加电开始一直在操作系统展开登录界面的过程，称为操作系统启动过程。Linux 在启动过程中默默完成了许多初始化任务，包括转载 LInux 内核模块、启动网路服务、设定时钟等。本实验将带领大家了解 Linux 启动流程。
1.2 实验知识点
- Linux 启动顺序
- Linux 启动级别
- 添加与移除自启动程序
1.3 推荐阅读
2. 启动顺序
Linux 启动过程主要包括以下 4 个步骤：
1. BIOS 自检：
计算机加电后，系统将自动读取 BIOS 中的硬件信息（如：显卡、内存、主板、CPU等）。然后查找启动设备并设置优先级。接着系统开始自检（POST，power on selftest），若有问题会给出提示信息，没有问题就启动执行硬件初始化，并设置 PnP（Plug-and-Play，即插即用）设备。最后启动驻留在硬盘主引导记录 MBR（MasterBoot Record，主引导分区）中的引导程序 GRUB 或 lilo。
2. GRUB/lilo 引导启动程序：
用户通过 GRUB 或 lilo 引导加载程序启动 Linux 系统。引导程序只是将控制权交给内核，此时操作系统并未装入内存。其中，ubuntu 默认 GRUB 为引导加载程序。
3. 装载 Linux 内核：
最初的引导过程完成后，引导程序开始加载 Linux 内核。ubuntu 的 LInux 内核在 /boot 目录下。
4. 系统初始化：
Ubuntu 采用的是基于事件的启动管理器 — — Upstart，主要包括 3 个程序（init、telinit、runlevel）和相应配置文件目录（/etc/init、/etc/rcN.d、/etc/init.d）组成。系统内核首先会启动 init 进程，读取并运行 /etc/init 目录下的启动配置文件，init 启动任务时会读取默认的运行等级（runlevel），然后将结果给 upstart 的下一个组件 telinit 中。telinit 通过比较当前 runlevel 与将要进入的 runlevel 之间运行服务的不同，关闭不需要的服务项，启动目前未运行的服务，从而实现系统状态的装换。
初始化阶段完成后，系统就可以准备接受用户登录。
bios：接管主板所有自检工作，掌握系统的启动，不见之间的兼容和程序管理等多项任务。连接软件与硬件设备的"桥梁"。
boot loader：grud 实际上是一个 boot loader，开机管理程序可以指定使用哪个核心文件来开机，并实际载入核心（kernel）到内存当中解压缩与执行，此时核心就能够开机在内存内活动，并侦测所有硬件信息与载入适当的驱动程序来使整部主机开始运行。
init 进程：系统开始的第一个工作，它是其他所有进程的父进程，一直处在运行状态，并且进程 id 号永远是第一个。作用是读取初始化脚本，完成系统相关管理任务。
3. 运行级别
Linux 系统的运行级别由 init 启动的，可以通过 ps -ax 命令查看到 PID=1 是 init 进程（当前我们环境较为特殊，看到的内容与本地不符，在下一章节中我们有对 init 进程做详细的介绍）。
init 是 Linux 内核启动的用户级别进程。ubuntu 的默认运行级别文件是 /etc/init/rc-sysinit.conf。
在 /etc/rc$.d 目录中定义了各种运行级别的运行服务
cd /etc
ls | grep rc
我们来查看一下定义为 2 级别的服务
上面的 rc.local 可以写入任何想要开机时就进行的工作，在启动的最后阶段，系统会执行存于 rc.local 中的命令
目录里面的服务以 K 开头的是系统将终止对应的服务，以 S 开头的是系统将启动对应的服务。
S 或者 K 后面跟的数字是程序优先级，数值越小，优先级越高。数字后面的是服务的名称。
可以看到有这几个运行级别：
| 级别 | 功能 |
|---|---|
| 0 | 关闭系统 |
| 1 | 让系统进入单用户（S，恢复）模式 |
| 2/3/4/5 | 多用户模式，图形登录界面，运行所有预定的系统服务。对于系统定制而言，运行级别2-5的作用相同。 |
| 6 | 重启系统 |
| S | 单用户与（恢复）模式，文本登录界面，只运行很少几项系统服务 |
默认系统下，ubuntu 系统引导进入运行级别 2。
查看 /etc/init/rc-sysinit.conf 的内容
可以看到 default runlevel = 2，即默认运行级别为 2。
4. 添加移除自启动程序
4.1 常用方法
由于实验楼环境限制不能进行重启，所以以下命令设置后无法重启验证，如需验证可在本定中进行测试。
（1）图形界面设置
顺序点击桌面上：设置 -> 会话和启动 -> 应用程序自启动，在弹出的窗口中进行添加删除。
注：由于实验楼环境是支持桌面环境的，因此可以通过图形界面进行设置，而一般情况下，使用服务器通常是字符界面，不会安装桌面，所以这种方法不适用。
（2）在 rc.local 脚本中设置
/rc.local 脚本是 ubuntu 开机之后就会自动执行的一个脚本，位于 /etc 路径下。可以通过 root 权限对这个脚本进行内容修改添加命令执行等。
sudo vim /etc/rc/local
如果需要添加执行的操作，那么必须写在 exit 0 之前。
（3）自定义脚本文件
除了使用 rc.local 脚本来自启动开机项，还可以新建一个脚本文件 new.sh 来添加开机自启动项。
首先，新建一个脚本：
vim new.sh
然后脚本到启动目录下：
sudo mv new.sh /etc/init.d/new_service.sh
将自定义脚本添加至启动项中：
cd /etc/init.d/
sudo update-rc.d new_service.sh defaults 95
其中，数值 95 表示一个优先级，越小表示执行的越早，可以按照自己的需要相应修改即可。
由于实验楼环境的权限问题，不能验证该脚本的启动过程。
（4）使用 sysv-rc-conf 工具
sudo apt-get install sysv-rc-conf
验证使用工具
sudo su
sysv-rc-conf
用鼠标点击或者用键盘方向键定位，用空格键，X 表示开启该服务，q 退出。
4.2 试一试
大家思考一下可以通过哪些方式来设置 mysql 为自启动。
下面给出了两种方法，供大家学习讨论。
第一种：使用 update-rc.d 命令
sudo update-rc.d mysql defaults
启动之后，通过 ll 命令来查看下 mysql 的相关运行信息。
ll /etc/rc?.d/*mysql
可以看到 mysql 在运行级别为 2，3，4，5 上以优先级 20 启动，在运行级别 0，6 上关闭。
移除自启动的方法如下：
sudo update-rc.d -f mysql remove
如果我们想设置某些运行级别是启动的，某些运行级别是不启动的，应该怎么设置呢？
现在假设我们设置优先级为 50 的是在 2，3，4 上启动，优先级为 51 的在 0，1，5，6 上不启动。
sudo update-rc.d mysql start 50 2 3 4 . stop 51 0 1 5 6 .
可以看到已经发生了改变。
需要注意的是：如果设置的运行级不写全就会出现下面 warning 的情况，虽然不是 error 的错误，但是建议在书写的时候尽量编写完整。
第二种使用 sysv-rc-conf 工具
# 前面已经安装就可以直接使用
sudo sysv-rc-conf
出现如下界面
操作方式之前已经介绍了。
可以试试设置 mysql 在 2，3，4，5 上启动的情况。
定位到相应位置按 空格 键设置
设置完成后按 q 退出
让我们来看一看最终结果。
最后，大家还可以多尝试一些其他的自启动配置。
5. 总结
本节实验中我们学习了以下内容，任何不清楚的地方欢迎与我们交流：
- Linux 系统启动流程
- ubuntu 的启动级别
- 默认运行级别放在哪
- /etc/init/rc-sysinit.conf
- 定义各种运行级别启动服务的目录
- /etc 下的 rc 系列目录
- 怎么添加与移除程序自启动
- update-rc.d
- sysv-rc-conf