系統(tǒng)啟動與進程管理深入了解openEuler系統(tǒng)啟動與進程管理01理解系統(tǒng)啟動的重要性與原理系統(tǒng)啟動管理在ARM架構中，UEFI的執(zhí)行過程同樣是先初始化硬件設備，引導EFI系統(tǒng)運行，然后找到GPT中的BootLoader并啟動。BIOS的執(zhí)行過程是先初始化硬件設備，獲取主機的各項硬件配置，然后將MBR中的BootLoader讀取到內(nèi)存中，并將控制權交給BootLoader。BIOS一般會被寫入主板ROM中，主要功能是初始化硬件，提供硬件的軟件抽象。在硬件啟動這一階段，需要達成的目的是借助BIOS/UEFI將硬件的控制權轉交給BootLoader，為后續(xù)的系統(tǒng)啟動做好準備。啟動目的硬件啟動的目的是借助固定的程序，將硬件的控制權轉交給BootLoader。因為操作系統(tǒng)由硬件上的不同文件組成，需要一個固定程序對接不同操作系統(tǒng)并啟動主引導程序。BIOS執(zhí)行UEFI執(zhí)行硬件啟動根據(jù)硬件的差別，硬件啟動一般主要有兩種方式，即BIOS和UEFI。在x86架構中，以BIOS為主；在ARM架構中，以UEFI為主。狹義的BIOS指BIOS本身，廣義的BIOS包括UEFI，UEFI的生態(tài)更加開放。控制權轉交啟動方式GRUB2相比GRUBLegacy具有更多功能，如加密操作系統(tǒng)、恢復系統(tǒng)密碼、定制開機畫面等，為用戶提供了更多的選擇和便利。功能增強在這個階段中，BootLoader會將控制權轉交給內(nèi)核，啟動內(nèi)核之后，接下來的任務將交由內(nèi)核完成。控制權轉交BootLoader是一類程序的總稱，如LILO、GRUBLegacy等，一般也稱為內(nèi)核加載程序。GRUB2是GRUB的升級版，能實現(xiàn)選擇不同的操作系統(tǒng)啟動項、動態(tài)改變引導參數(shù)等更多功能。由于GRUBLegacy啟動加載器當前已經(jīng)難以維護，所以GRUB重寫了代碼，并在其基礎上實現(xiàn)了模塊化，增強了移植性。GRUB升級在openEuler操作系統(tǒng)啟動過程中，BootLoader引導階段的任務是加載Linux內(nèi)核以及可選的初始RAM磁盤。它可以選擇磁盤上多個操作系統(tǒng)內(nèi)核中的一個進行啟動，或從系統(tǒng)分區(qū)中選擇特殊的內(nèi)核配置。引導任務BootLoader引導程序總稱階段進入首個進程systemd具有啟動速度快、按需啟動服務、管理掛載點等多種優(yōu)勢，能夠更好地實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化和服務管理。內(nèi)核引導由systemd或init完成相關的啟動過程，包括啟動服務、啟動Shell等。systemd在系統(tǒng)初始化方面具有更多的優(yōu)勢和功能。隨著技術的發(fā)展，systemd逐漸替代init成為主流的系統(tǒng)初始化工具，openEuler也順應了這一趨勢，采用systemd來提高系統(tǒng)的性能和管理效率。systemd優(yōu)勢在完成內(nèi)核加載程序啟動之后，就進入內(nèi)核引導階段。此時操作系統(tǒng)會將控制權由內(nèi)核轉交給運行中的進程systemd或init。openEuler操作系統(tǒng)啟動過程中的第一個進程是PID為1的進程，它就是systemd或init。當前大部分的Linux發(fā)行版都采用systemd來代替init，openEuler也采用systemd來實現(xiàn)系統(tǒng)初始化功能。替代init啟動過程14523啟動某個target的時候，systemd就會啟動里面所有的unit。用戶可以通過修改unit文件自定義unit，并將多個unit設為一個target，按計劃啟動。啟動方式systemd在系統(tǒng)初始化過程中起著關鍵的作用，它能夠有效地管理和協(xié)調(diào)各個服務的啟動，確保系統(tǒng)的正常運行。初始化主體系統(tǒng)初始化階段由systemd完成。systemd啟動之后，會根據(jù)預先設定的target運行相應的服務。系統(tǒng)初始化用戶可以自定義啟動單元或者修改啟動順序，以滿足不同的使用需求。例如，用戶可以根據(jù)自己的業(yè)務需求，調(diào)整某些服務的啟動順序。服務內(nèi)容這些服務包括按/etc/fstab掛載目錄、設定定時器、啟動日志等。target是一個unit組，包含許多相關的unit。自定義啟動systemd作用啟動終端為用戶提供了與系統(tǒng)進行交互的界面，用戶可以在終端中輸入命令，執(zhí)行各種操作，實現(xiàn)對系統(tǒng)的管理和使用。啟動終端啟動完成終端切換至此，通過以上5個階段，控制權從硬件一路轉交至軟件，最終傳遞到用戶手中，openEuler操作系統(tǒng)啟動完成。在控制臺上，模擬這6個tty字符終端，分別對應/dev/tty1/～6，可以按“Alt+Fn”（Fn表示F1～F6）組合鍵來進行切換。/dev/tty0為桌面終端，也就是用戶目前正在使用的終端。用戶交互終端指的是用戶交互界面或者接口。在系統(tǒng)完成初始化之后，首先會執(zhí)行/sbin/mingetty開啟6個tty字符終端。驗證登錄操作系統(tǒng)會比對/etc/nologin、/etc/passwd、/etc/shadow等文件進行驗證登錄。在登錄成功后，屏幕將輸出相關信息，并加載用戶目錄下設置的環(huán)境變量，等待用戶輸入。終端定義02了解systemd的特性與配置系統(tǒng)初始化配置systemd支持按需啟動，系統(tǒng)運行狀態(tài)動態(tài)變化，用戶難以準確知道系統(tǒng)當前運行的服務。systemd快照功能提供了將當前系統(tǒng)運行狀態(tài)保存并恢復的保障。掛載點管理systemd具有比UpStart強的并行啟動能力，采用了socket和D-Bus激活等技術啟動服務，啟動速度更快。它的宗旨是盡可能減少不必要的進程，并且將更多的進程并行啟動。事務性依賴管理系統(tǒng)啟動過程中各工作可能存在依賴關系，systemd維護著“事務一致性”的概念，確保所有相關的服務都可以正常啟動而不會出現(xiàn)互相依賴、死鎖的情況。傳統(tǒng)的Linux系統(tǒng)中，用戶通過/etc/fstab文件維護固定的文件系統(tǒng)掛載點。而systemd內(nèi)建了自動掛載服務，實現(xiàn)了動態(tài)掛載，同時兼容/etc/fstab文件，用戶無須另外安裝autofs服務。啟動速度快按需啟動服務系統(tǒng)快照與恢復systemd具有按需啟動的能力，只有在某個服務被真正請求的時候才啟動它。當該服務結束時，systemd可以關閉它，等待下次需要時再次啟動，避免了服務啟動時間過長以及系統(tǒng)資源的浪費。systemd特性unit查看路徑systemd具有和SysV以及LSB初始化腳本兼容的特性。系統(tǒng)中已經(jīng)存在的服務和進程無須修改，降低了系統(tǒng)向systemd遷移的成本，使得systemd替換現(xiàn)有初始化系統(tǒng)成為可能。當存在同名文件時，優(yōu)先采用優(yōu)先級較高的配置文件，確保系統(tǒng)使用正確的配置。systemd其他特性systemd開啟和監(jiān)督操作系統(tǒng)是基于unit的，unit的名稱由一個與配置文件對應的名字和類型組成。unit有多種類型，如Serviceunit、Targetunit等。兼容性操作單位路徑優(yōu)先級systemd采用cgroup特性跟蹤和管理進程的生命周期。cgroup主要用來實現(xiàn)系統(tǒng)資源配額管理，提供了類似文件系統(tǒng)的接口，使用方便。當進程創(chuàng)建子進程時，子進程會繼承父進程的cgroup。所有可用的systemdunit可以通過3條路徑查看，分別是/usr/lib/systemd/system/、/run/systemd/system/、/etc/systemd/system/，這3條路徑的優(yōu)先級自上而下遞減。進程管理unit類型介紹systemd開啟和監(jiān)督操作系統(tǒng)是基于unit的，也就是說，systemd操作的基本單位是unit。unit的名稱由一個與配置文件對應的名字和類型組成。例如name.serviceunit有一個具有相同名字的配置文件，是守護進程name的一個封裝單元。unit查看與優(yōu)先級所有可用的systemdunit可以通過以下3條路徑查看：

在/usr/lib/systemd/system/目錄下，可查看軟件包安裝時產(chǎn)生的systemdunit；

在/run/systemd/system/目錄下，可查看運行時創(chuàng)建的systemdunit；

在/etc/systemd/system/目錄下，可查看由root用戶創(chuàng)建和管理的systemdunit。這3條路徑的優(yōu)先級自上而下遞減，即存在同名文件時，優(yōu)先采用優(yōu)先級較高的配置文件。openEuler運行級別運行級別定義運行級別定義了服務器啟動后的狀態(tài)。在openEuler操作系統(tǒng)中，systemd用目標替代運行級別的概念，提供了更大的靈活性。常規(guī)運行級別目標描述0runlevel0.target、poweroff.target關閉系統(tǒng)1/s/singlerunlevel1.target、rescue.target單用戶模式2、4runlevel2.target、runlevel4.target、multi-user.target用戶定義/域特定運行級別。默認等同于33runlevel3.target、multi-user.target多用戶，非圖形化環(huán)境。用戶可以通過多個控制臺或網(wǎng)絡登錄5runlevel5.target、graphical.target多用戶，圖形化環(huán)境。通常為所有運行級別為3的服務外加圖形化登錄6runlevel6.target、reboot.target重啟系統(tǒng)rescuerescure.target救援模式emergencyemergency.target緊急模式（緊急Shell）救援與緊急模式在救援模式下，將掛載所有本地文件系統(tǒng)，但不會啟動正常服務，比如網(wǎng)絡等，只會啟動很少的服務。救援模式多用于系統(tǒng)無法正常啟動的情況，此外，可以在救援模式下執(zhí)行一些重要的救援操作，例如重置root密碼。如需要改變當前系統(tǒng)為救援模式，可在root權限下執(zhí)行如下命令：[root@openEuler~]#systemctlrescue命令執(zhí)行后，窗口會有如下輸出信息：Youareinrescuemode.Afterloggingin,type"journalctl-xb"toviewsystemlogs,"systemctlreboot"toreboot,"systemctldefault"or"exit"tobootintodefaultmode.Giverootpasswordformaintenance(orpressControl-Dtocontinue):假如此時想要從救援模式切換到正常模式，需要重啟操作系統(tǒng)。與救援模式相比，緊急模式下不啟動任何服務，不會掛載任何文件系統(tǒng)，用戶只會打開一個原始的Shell。因此緊急模式多適用于調(diào)試目的和修復系統(tǒng)。如需要改變當前系統(tǒng)為緊急模式，可在root權限下執(zhí)行如下命令：[root@openEuler~]#systemctlemergency命令執(zhí)行后，窗口會有如下輸出信息：Youareinemergencymode.Afterloggingin,type"journalctl-xb"toviewsystemlogs,"systemctlreboot"toreboot,"systemctldefault"or"exit"tobootintodefaultmode.Giverootpasswordformaintenance(orpressControl-Dtocontinue):假如此時想要從緊急模式切換到正常模式，同樣需要重啟操作系統(tǒng)。在openEuler中，systemd提供systemctl命令來運行、關閉、重啟、顯示、啟用、禁用系統(tǒng)服務。與sysvinit命令功能類似，當前版本依然兼容service和chkconfig命令，但建議統(tǒng)一用systemctl進行系統(tǒng)服務管理。systemctl命令openEuler服務控制target是一組unit的集合，所以當用戶想在systemd中自定義一些服務模塊時，只需在相應的target目錄下寫入unit配置文件即可。每個unit對應一個.service文件（即服務），這些服務分為兩類：系統(tǒng)服務和用戶服務。系統(tǒng)服務是用戶登錄前運行的程序，而用戶服務是用戶登錄后運行的程序。對于每個.service文件，需要配置3個字段：Unit代表啟動順序與依賴關系；Service代表啟動行為，是必選字段；Install代表服務所在的target。openEuler服務控制以user.service為例，使自定義服務模塊生效并設置自啟動，有以下兩種方法。

直接使用systemctl命令：[root@openEuler~]#systemctlenableusr.service

手動創(chuàng)建軟連接：[root@openEuler~]#ln-s/usr/lib/systemd/system/user.service/usr/lib/systemd/

system/local-fs.target.wants/usr.service執(zhí)行以下命令重新加載，使配置生效。[root@openEuler~]#systemctldaemon-reloadopenEuler服務控制以user.service為例，使自定義服務模塊生效并設置自啟動，有以下兩種方法。

直接使用systemctl命令：[root@openEuler~]#systemctlenableusr.service

手動創(chuàng)建軟連接：[root@openEuler~]#ln-s/usr/lib/systemd/system/user.service/usr/lib/systemd/

system/local-fs.target.wants/usr.service執(zhí)行以下命令重新加載，使配置生效。[root@openEuler~]#systemctldaemon-reloadopenEuler服務控制【示例8-5】#查詢服務是否被激活[root@openEuler~]#systemctlis-activename.serviceinactive選項is-active的返回結果及說明如表8-5所示。openEuler服務控制【示例8-6】#查詢服務是否開機啟動[root@openEuler~]#systemctlis-enabledfirewalld.servicedisabled選項is-enabled的返回結果及說明如表所示。返回結果說明enabled服務已經(jīng)通過/etc/systemd/system/目錄下的Alias=別名、.wants/或.requires/符號鏈接被永久啟用enabled-runtime已經(jīng)通過/run/systemd/system/目錄下的Alias=別名、.wants/或.requires/符號鏈接被臨時啟用linked雖然單元文件本身不在標準單元目錄中，但是指向此單元文件的一個或多個符號鏈接已經(jīng)存在于/etc/systemd/system/永久目錄中l(wèi)inked-runtime雖然單元文件本身不在標準單元目錄中，但是指向此單元文件的一個或多個符號鏈接已經(jīng)存在于/run/systemd/system/臨時目錄中masked已經(jīng)被/etc/systemd/system/目錄永久屏蔽（符號鏈接指向