Linux学习笔记43——开机流程、模块管理与 Loader

一、Linux 启动过程分析

1 启动流程清单

2 BIOS, boot loader 与 kernel 载入

Boot Loader 的功能

3 第一支程序 systemd 及使用 default.target 进入启动程序分析

常见的操作环境 target 与相容于 runlevel 的等级

systemd 的处理流程

4 systemd 执行 sysinit.target 初始化系统、basic.target准备系统

5 systemd 启动 multi-user.target 下的服务

相容 systemV 的 rc-local.service

提供 tty 界面及登录服务

6 systemd 启动 graphical.target 下面的服务

7 启动过程中使用的主要配置文件

二、核心和核心模块

1 核心模块和相依性

2 观察核心模块

3 载入和移除核心模块

4 设置核心模块的额外参数：/etc/modprobe.d/*conf

三、 Boot Loader: Grub2

1 boot loader 的两个 stage

2 grub2 的配置文件 /boot/grub2/grub.cfg 初探

磁盘和分区 grub2 中的代号

/boot/grub2/grub.cfg 配置文件(重点是理解，不要随便改！

3 grub2 维护配置文件 /etc/default/grub 与 /etc/grub.d

/etc/default/grub 主要环境配置文件

倒数时间参数： GRUB_TIMEOUT

菜单项目是否隐藏：GRUB_TIMEOUT_STYLE

信息输出终端模式：GRUB_TERMINAL_OUTPUT

默认启动菜单项目：GRUB_DEFAULT

核心外加参数功能：GRUBCMDLINELINUX

创建菜单的脚本 /etc/grub.d/

直接指定核心启动

通过 chainloader 的方式移交 loader 控制权

4 initramfs 创造新的重要性和重要性 initramfs 文件

5 测试与安装 grub2

6 启动前修改额外功能

7 关于开机画面和终端画面的图形显示模式

8 在个别菜单上加密码

grub2 设置帐户、密码和菜单

grub2 密码设置的文件位置与加密的密码

四、解决启动过程中的问题

1 忘记 root 解决密码的方法

2 直接启动 root 执行 bash 的方法

3 由于文件系统错误，无法启动

系统启动实际上是一个非常复杂的程序，因为核心必须检测硬件并输入适当的驱动程序， 接下来，需要调用程序来准备系统运行的环境，让用户能够顺利操作整个主机系统。 如果你能理解启动的原理，它将帮助你在系统出现问题时快速修复系统！ 并能顺利配置多个操作系统的多个启动问题。为了多次启动，你不得不学习 grub2 这个 Linux 以下优秀的启动管理程序 （boot loader）。 在系统运行过程中，您还必须学会管理核心模块！

一、Linux 启动过程分析

若要多次启动，如何安装系统？如果你的 root 忘了密码，怎么救？如果您的默认登录模式是图形界面，启动时如何直接指定进入纯文本模式？ 如果你因为/etc/fstab 设置错误导致根目录无法顺利挂载，那么如何修改你的/而不重新灌溉呢？etc/fstab 让它正常？所有这些都需要了解启动过程， 那你说，这件事重要吗？

1 启动流程清单

既然启动是一件非常严肃的事情，让我们了解整个启动过程！让大家更容易发现开机过程中可能出现的问题，以及出现问题后的解决办法！ 然而，在启动过程中，启动管理程序 （Boot Loader） 使用的软件可能会有所不同，比如目前的主要软件 Linudistributions 的主流为 grub2，但早期 Linux 默认是使用 grub1 或 LILO ，台湾省很多朋友喜欢用 spfdisk 。 但无论如何，我们总是要了解整个过程 boot loader 只有工作情况，才能理解为什么设置多次启动， 总是听人说先安装。 Windows 再安装 Linux 的原因～

假设它是由个人计算机架设的 Linux 主机为例 (先回到第零章计算机概论看相关硬件常识)， 按下电源按钮后，计算机硬件会主动读取 BIOS 或 UEFI BIOS 输入硬件信息并进行硬件系统的自测， 之后系统会主动的去读取第一个可开机的设备 （由 BIOS 设置的） ，此时可以读入启动管理程序。

启动管理程序可以指定使用哪个核心文件进行启动，并将其实际载入核心内存进行解压和执行， 此时，核心可以在内存中开始活动，检测所有硬件信息，并输入适当的驱动程序，使整个主机开始运行， 核心检测硬件和载入驱动程序完成后，最阳春的操作系统开始在您身上 PC 上面跑了。

主机系统开始运行后，此时 Linux 调用外部程序开始准备软件执行环境，并实际输入所有系统运行所需的软件程序！ 最后，系统将开始等待您的登录和操作！简单地说，系统启动的过程可以整合成以下流程：

1. 载入 BIOS 自测硬件信息，并根据设置获得第一个可启动设备；

2. 读取并执行第一个开机设备内 MBR 的 boot Loader （亦即是 grub2, spfdisk 等程序）；

3. 依据 boot loader 的设置载入 Kernel ，Kernel 硬件和载入驱动程序将开始检测；

4. 硬件驱动成功后，Kernel 会主动调用 systemd 程序，并以 default.target 流程开机；

systemd 执行 sysinit.target 初始化系统及 basic.target 准备操作系统；

systemd 启动 multi-user.target 本机及服务器服务；

systemd 执行 multi-user.target 下的 /etc/rc.d/rc.local 文件；

systemd 执行 multi-user.target 下的 getty.target 登录服务；

systemd 执行 graphical 需要的服务

一般的过程就是上面写的，你会发现 systemd 这家伙占了很大例！ 这就是为什么我们会在第十六章 pstree 在指令中谈到这家伙。 每个程序的主要内容是什么？让我们分别谈谈！

2 BIOS, boot loader 与 kernel 载入

在第二章中，我们谈到了简单的启动过程和 MBR 大容量磁盘需要使用的功能和功能 GPT 分区表格式等。 详情请回到第二章好好阅读。为了方便解释，我们将首先全面解释后续将使用的专有术语：

BIOS：不论传统 BIOS 还是 UEFI BIOS 都会被简称为 BIOS；

MBR：虽然分区表有传统 MBR 以及新式 GPT，不过 GPT 还保留了一个相容性 MBR 因此，下面的说明是安装的 boot loader 的部份， 鸟哥还是简称 MBR 喔！总之，MBR 这意味着磁盘的前部可以安装 boot loader 块是对的！

BIOS, 启动自我测试和 MBR/GPT

我们在第零章的计算机概论中谈到了计算机主机架构， 在个人计算机架构下，要想启动整个系统，首先要让系统载入 BIOS （Basic Input Output System），并通过 BIOS 程序去载入 CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor） 并借用信息 CMOS 内部设置值取得主机的硬件设置， 例如 CPU 与周边设备的沟通频率、启动设备的搜索顺序，硬盘的大小和类型， 系统时间，周围总线是否启动 Plug and Play （PnP, 随插即用设备) 啊、 周边设备 I/O 位置，和 CPU 沟通的 IRQ 叉等信息。

获取这些信息后，BIOS 还将进行启动自测 （Power-on Self Test, POST） [1]。 然后开始实施硬件检测的初始化，并设置 PnP 设备，然后定义可开设备的顺序，然后开始读取开机设备的数据。

因为我们的大部分系统软件都放在硬盘上！所以 BIOS 指定启动设备，让我们读取磁盘中操作系统的核心文件。 然而，由于不同的操作系统有不同的文件系统格式，我们必须使用启动管理程序来处理核心文件 （load） 的问题， 因此，这个启动管理程序被称为 Boot Loader 了。那这个 Boot Loader 程序安装在哪里？启动设备的第一扇区（sector） 内，也就是我们一直在谈论的 MBR （Master Boot Record, 主要启动记录区)。

你觉得奇怪吗？由于需要核心文件 loader 读取，每个操作系统 loader 都不相同， 这样的话 BIOS 如何读取 MBR 内的 loader 呢？有趣的问题！其实 BIOS 通过硬件 INT 13 读取中断功能 MBR 也就是说，只要 BIOS 能检测到你的磁盘(不管磁盘是否是 SATA 还是 SAS 接口)，然后他有办法通过 INT 13 这条信道读取磁盘的第一个扇区 MBR 软件啦！[2]这样 boot loader 也可以执行！

Tips 我们知道每个硬盘的前面块含有 MBR 或 GPT 提供分区表 loader 如果我的主机上有两个硬盘， 该系统将读取哪个硬盘的前面块 boot loader 呢？这个要看 BIOS 的设置了。 基本上，我们经常说系统 MBR其实是指 第一个开机备的 MBR 才对！ 所以，改天如果你要将开机管理程序安装到某颗硬盘的 MBR 时， 要特别注意当时系统的“第一个开机设备”是哪个，否则会安装到错误的硬盘上面的 MBR 喔！重要重要！

南雁注：CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金属氧化物半导体，它本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带-电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器，CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)

Boot Loader 的功能

刚刚说到 Loader 的最主要功能是要认识操作系统的文件格式并据以载入核心到内存中去执行。 由于不同操作系统的文件格式不一致，因此每种操作系统都有自己的 boot loader 啦！用自己的 loader 才有办法载入核心文件嘛！那问题就来啦，你应该有听说过多重操作系统吧？也就是在一部主机上面安装多种不同的操作系统。 既然你 （1）必须要使用自己的 loader 才能够载入属于自己的操作系统核心，而 （2）系统的 MBR 只有一个，那你怎么会有办法同时在一部主机上面安装 Windows 与 Linux 呢？

这就得要回到第七章的磁盘文件系统去回忆一下文件系统功能了。 其实每个文件系统（filesystem, 或者是 partition） 都会保留一块开机扇区 （boot sector） 提供操作系统安装boot loader ， 而通常操作系统默认都会安装一份 loader 到他根目录所在的文件系统的 bootsector 上。如果我们在一部主机上面安装 Windows 与 Linux 后，该 boot sector, boot loader与 MBR 的相关性会有点像下图：

如上图所示，每个操作系统默认是会安装一套 boot loader 到他自己的文件系统中 （就是每个filesystem 左下角的方框），而在 Linux 系统安装时，你可以选择将 boot loader 安装到 MBR去，也可以选择不安装。 如果选择安装到 MBR 的话，那理论上你在 MBR 与 boot sector 都会保有一份 boot loader 程序的。 至于 Windows 安装时，他默认会主动的将 MBR 与 bootsector 都装上一份 boot loader！所以啦， 你会发现安装多重操作系统时，你的 MBR 常常会被不同的操作系统的 boot loader 所覆盖啦！ ^_^

我们刚刚提到的两个问题还是没有解决啊！虽然各个操作系统都可以安装一份 boot loader 到他们的 boot sector 中， 这样操作系统可以通过自己的 boot loader 来载入核心了。问题是系统的 MBR 只有一个哩！ 你要怎么执行 boot sector 里面的 loader 啊？这个我们得要回忆一下第二章约略提过的 boot loader 的功能了。boot loader 主要的功能如下：

提供菜单：使用者可以选择不同的开机项目，这也是多重开机的重要功能！

载入核心文件：直接指向可开机的程序区段来开始操作系统；

转交其他 loader：将开机管理功能转交给其他 loader 负责。

 

由于具有菜单功能，因此我们可以选择不同的核心来开机。而由于具有控制权转交的功能，因此我们可以载入其他 boot sector 内的 loader 啦！不过 Windows 的 loader 默认不具有控制权转交的功能，因此你不能使用 Windows 的 loader 来载入 Linux 的 loader 喔！这也是为啥第二章谈到 MBR 与多重开机时，会特别强调先装 Windows 再装 Linux 的缘故。 我们将上述的三个功能以下面的图示来解释你就看的懂了！（与第二章的图示也非常类似啦！）

如上图所示，我的 MBR 使用 Linux 的 grub2 这个开机管理程序，并且里面假设已经有了三个菜单， 第一个菜单可以直接指向 Linux 的核心文件并且直接载入核心来开机；第二个菜单可以将开机管理程控权交给 Windows 来管理，此时 Windows 的 loader 会接管开机流程，这个时候他就能够启动 windows 了。第三个菜单则是使用 Linux 在 boot sector 内的开机管理程序，此时就会跳出另一个 grub2 的菜单啦！了解了吗？

菜单一：MBR（grub2） --> kernel file --> booting

菜单二：MBR（grub2） --> boot sector（Windows loader） --> Windows kernel -->booting

菜单三：MBR（grub2） --> boot sector（grub2） --> kernel file --> booting

 

而最终 boot loader 的功能就是“载入 kernel 文件”啦！

载入核心侦测硬件与 initramfs 的功能

当我们借由 boot loader 的管理而开始读取核心文件后，接下来， Linux 就会将核心解压缩到内存当中， 并且利用核心的功能，开始测试与驱动各个周边设备，包括储存设备、CPU、网卡、声卡等等。 此时 Linux 核心会以自己的功能重新侦测一次硬件，而不一定会使用 BIOS侦测到的硬件信息喔！也就是说，核心此时才开始接管 BIOS 后的工作了。 那么核心文件在哪里啊？一般来说，他会被放置到 /boot 里面，并且取名为 /boot/vmlinuz 才对！

[root@study ~]# ls --format=single-column -F /boot

config-3.10.0-229.el7.x86_64 <==此版本核心被编译时选择的功能与模块配置文件

grub/ <==旧版 grub1 ，不需要理会这目录了！

grub2/ <==就是开机管理程序 grub2 相关数据目录

initramfs-0-rescue-309eb890d3d95ec7a.img <==下面几个为虚拟文件系统文件！这一个是用来救援的！

initramfs-3.10.0-229.el7.x86_64.img <==正常开机会用到的虚拟文件系统

initramfs-3.10.0-229.el7.x86_64kdump.img <==核心出问题时会用到的虚拟文件系统

System.map-3.10.0-229.el7.x86_64 <==核心功能放置到内存位址的对应表

vmlinuz-0-rescue-309eb890d09543d95ec7a* <==救援用的核心文件

vmlinuz-3.10.0-229.el7.x86_64* <==就是核心文件啦！最重要者！

 

从上表中的特殊字体，我们也可以知道 CentOs 7.x 的 Linux 核心为 3.10.0-229.el7.x86_64这个版本！为了硬件开发商与其他核心功能开发者的便利， 因此 Linux 核心是可以通过动态载入核心模块的 （就请想成驱动程序即可），这些核心模块就放置在 /lib/modules/ 目录内。由于模块放置到磁盘根目录内 （要记得 /lib 不可以与 / 分别放在不同的 partition ！）， 因此在开机的过程中核心必须要挂载根目录，这样才能够读取核心模块提供载入驱动程序的功能。 而且为了担心影响到磁盘内的文件系统，因此开机过程中根目录是以只读的方式来挂载的喔。

一般来说，非必要的功能且可以编译成为模块的核心功能，目前的 Linux distributions 都会将他编译成为模块。 因此 USB, SATA, SCSI... 等磁盘设备的驱动程序通常都是以模块的方式来存在的。 现在来思考一种情况，假设你的 linux 是安装在 SATA 磁盘上面的，你可以通过BIOS 的 INT 13 取得 boot loader 与 kernel 文件来开机，然后 kernel 会开始接管系统并且侦测硬件及尝试挂载根目录来取得额外的驱动程序。

问题是，核心根本不认识 SATA 磁盘，所以需要载入 SATA 磁盘的驱动程序， 否则根本就无法挂载根目录。但是 SATA 的驱动程序在 /lib/modules 内，你根本无法挂载根目录又怎么读取到 /lib/modules/ 内的驱动程序？是吧！非常的两难吧！在这个情况之下，你的 Linux 是无法顺利开机的！ 那怎办？没关系，我们可以通过虚拟文件系统来处理这个问题。

虚拟文件系统 （Initial RAM Disk 或 Initial RAM Filesystem） 一般使用的文件名/boot/initrd 或 /boot/initramfs ，这个文件的特色是，他也能够通过 boot loader 来载入到内存中，然后这个文件会被解压缩并且在内存当中仿真成一个根目录， 且此仿真在内存当中的文件系统能够提供一支可执行的程序，通过该程序来载入开机过程中所最需要的核心模块， 通常这些模块就是 USB, RAID, LVM, SCSI 等文件系统与磁盘接口的驱动程序啦！等载入完成后， 会帮助核心重新调用 systemd 来开始后续的正常开机流程。

如上图所示，boot loader 可以载入 kernel 与 initramfs ，然后在内存中让 initramfs 解压缩成为根目录， kernel 就能够借此载入适当的驱动程序，最终释放虚拟文件系统，并挂载实际的根目录文件系统，就能够开始后续的正常开机流程。 更详细的 initramfs 说明，你可以自行使用 man initrd 去查阅看看。 下面让我们来了解一下 CentOS 7.x 的 initramfs 文件内容有什么吧！ ^_^

# 1\. 先来直接看一下 initramfs 里面的内容有些啥数据？

[root@study ~]# lsinitrd /boot/initramfs-3.10.0-229.el7.x86_64.img

# 首先会调用出 initramfs 最前面文件开始的许多数据介绍，这部份会占用一些容量！

Image: /boot/initramfs-3.10.0-229.el7.x86_64.img: 18M

========================================================================

Early CPIO image

========================================================================

drwxr-xr-x 3 root root 0 May 4 17:56 .

-rw-r--r-- 1 root root 2 May 4 17:56 early_cpio

drwxr-xr-x 3 root root 0 May 4 17:56 kernel

drwxr-xr-x 3 root root 0 May 4 17:56 kernel/x86

drwxr-xr-x 2 root root 0 May 4 17:56 kernel/x86/microcode

-rw-r--r-- 1 root root 10240 May 4 17:56 kernel/x86/microcode/GenuineIntel.bin

========================================================================

Version: dracut-033-240.el7

Arguments: -f

dracut modules: # 开始一堆模块的载入行为

bash

nss-softokn

.....（中间省略）.....

========================================================================

drwxr-xr-x 12 root root 0 May 4 17:56 .

crw-r--r-- 1 root root 5, 1 May 4 17:56 dev/console

crw-r--r-- 1 root root 1, 11 May 4 17:56 dev/kmsg

crw-r--r-- 1 root root 1, 3 May 4 17:56 dev/null

.....（中间省略）.....

lrwxrwxrwx 1 root root 23 May 4 17:56 init -> usr/lib/systemd/systemd

.....（中间省略）.....

drwxr-xr-x 2 root root 0 May 4 17:56 var/lib/lldpad

lrwxrwxrwx 1 root root 11 May 4 17:56 var/lock -> ../run/lock

lrwxrwxrwx 1 root root 10 May 4 17:56 var/log -> ../run/log

lrwxrwxrwx 1 root root 6 May 4 17:56 var/run -> ../run

========================================================================

# 最后则会列出这个 initramfs 里头的所有文件！也就是说，这个 initramfs 文件大概存着两部份，

# 先是文件开始宣告的许多文件部份，再来才是真的会被核心取用的全部附加的文件数据！

 

从上面我们大概知道了这个 initramfs 里头含有两大区块，一个是事先宣告的一些数据，包括kernel/x86/microcode/GenuineIntel.bin 这些东西。 在这些数据后面，才是真的我们的核心会去读取的重要文件～如果看一下文件的内容，你会发现到 init 那只程序已经被 systemd 所取代啰！这样理解否？ 好～如果你想要进一步将这个文件解开的话，那得要先将前面的kernel/x86/microcode/GenuineIntel.bin 之前的文件先去除掉，这样才能够顺利的解开。 因此，得要这样进行：

# 1\. 先将 /boot 下面的文件进行去除前面不需要的文件开始数据部份。

[root@study ~]# mkdir /tmp/initramfs

[root@study ~]# cd /tmp/initramfs

[root@study initramfs]# dd if=/boot/initramfs-3.10.0-229.el7.x86_64.img of=initramfs.gz \

> bs=11264 skip=1

[root@study initramfs]# ll initramfs.gz; file initramfs.gz

-rw-r--r--. 1 root root 18558166 Aug 24 19:38 initramfs.gz

initramfs.gz: gzip compressed data, from Unix, last modified: Mon May 4 17:56:47 2015,

max compression

# 2\. 从上面看到文件是 gzip 压缩文件，所以将它解压缩后，再查阅一下文件的类型！

[root@study initramfs]# gzip -d initramfs.gz

[root@study initramfs]# file initramfs

initramfs: ASCII cpio archive （SVR4 with no CRC）

# 3\. 解开后又产生一个 cpio 文件，得要将它用 cpio 的方法解开！加上不要绝对路径的参数较保险！

[root@study initramfs]# cpio -i -d -H newc --no-absolute-filenames < initramfs

[root@study initramfs]# ll

lrwxrwxrwx. 1 root root 7 Aug 24 19:40 bin -> usr/bin

drwxr-xr-x. 2 root root 42 Aug 24 19:40 dev

drwxr-xr-x. 12 root root 4096 Aug 24 19:40 etc

lrwxrwxrwx. 1 root root 23 Aug 24 19:40 init -> usr/lib/systemd/systemd

-rw-r--r--. 1 root root 42263552 Aug 24 19:38 initramfs

lrwxrwxrwx. 1 root root 7 Aug 24 19:40 lib -> usr/lib

lrwxrwxrwx. 1 root root 9 Aug 24 19:40 lib64 -> usr/lib64

drwxr-xr-x. 2 root root 6 Aug 24 19:40 proc

drwxr-xr-x. 2 root root 6 Aug 24 19:40 root

drwxr-xr-x. 2 root root 6 Aug 24 19:40 run

lrwxrwxrwx. 1 root root 8 Aug 24 19:40 sbin -> usr/sbin

-rwxr-xr-x. 1 root root 3041 Aug 24 19:40 shutdown

drwxr-xr-x. 2 root root 6 Aug 24 19:40 sys

drwxr-xr-x. 2 root root 6 Aug 24 19:40 sysroot

drwxr-xr-x. 2 root root 6 Aug 24 19:40 tmp

drwxr-xr-x. 7 root root 61 Aug 24 19:40 usr

drwxr-xr-x. 3 root root 47 Aug 24 19:40 var

# 看吧！上面几乎就像是一个小型的文件系统根目录耶！这样就能让 kernel 去挂载了！

# 4\. 接下来瞧一瞧到底这个小型的文件系统中，systemd 是要以哪个 target 来执行开机呢？

[root@study initramfs]# ll usr/lib/systemd/system/default.target

lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Aug 24 19:40 usr/lib/systemd/system/default.target -> initrd.target

# 5\. 最终，让我们瞧一瞧系统内默认的 initrd.target 相依的所有服务数据吧！

[root@study initramfs]# systemctl list-dependencies initrd.target

initrd.target

├─dracut-cmdline.service

.....（中间省略）.....

├─basic.target

│ ├─alsa-restore.service

.....（中间省略）.....

│ ├─slices.target

│ │ ├─-.slice

│ │ └─system.slice

│ ├─sockets.target

│ │ ├─dbus.socket

.....（中间省略）.....

│ │ └─systemd-udevd-kernel.socket

│ ├─sysinit.target

│ │ ├─dev-hugepages.mount

.....（中间省略）.....

│ │ ├─local-fs.target

│ │ │ ├─-.mount

│ │ │ ├─boot.mount

.....（中间省略）.....

│ │ └─swap.target

│ │ ├─dev-centos-swap.swap

.....（中间省略）.....

│ │ └─dev-mapper-centos\x2dswap.swap

│ └─timers.target

│ └─systemd-tmpfiles-clean.timer

├─initrd-fs.target

└─initrd-root-fs.target

# 依旧通过 systemd 的方式，一个一个的将所有的侦测与服务载入系统中！

 

通过上面解开 initramfs 的结果，你会知道其实 initramfs 就是一个小型的根目录，这个小型根目录里面也是通过 systemd 来进行管理，同时观察 default.target 的链接，会发现其实这个小型系统就是通过 initrd.target 来开机，而 initrd.target 也是需要读入一堆例如 basic.target,sysinit.target 等等的硬件侦测、核心功能启用的流程， 然后开始让系统顺利运行。最终才又卸载 initramfs 的小型文件系统，实际挂载系统的根目录！

此外，initramfs 并没有包山包海，它仅是带入开机过程会用到的核心模块而已。所以如果你在 initramfs 里面去找 modules 这个关键字的话， 就可以发现主要的核心模块大概就是SCSI、virtio、RAID 等等跟磁盘相关性比较高的模块就是了！现在由于磁盘大部分都是使用SATA 这玩意儿， 并没有 IDE 的格式啰！所以，没有 initramfs 的话，你的 Linux 几乎就是不能顺利开机的啦！除非你将 SATA 的模块直接编译到核心去了！ ^_^

在核心完整的载入后，您的主机应该就开始正确的运行了，接下来，就是要开始执行系统的第一支程序： systemd ！

3 第一支程序 systemd 及使用 default.target 进入开机程序分析

在核心载入完毕、进行完硬件侦测与驱动程序载入后，此时你的主机硬件应该已经准备就绪了 （ready） ， 此时核心会主动的调用第一支程序，那就是 systemd 啰。这也是为啥第十六章的 pstree 指令介绍时，你会发现 systemd 的 PID 号码是一号啦。 systemd 最主要的功能就是准备软件执行的环境，包括系统的主机名称、网络设置、语系处理、文件系统格式及其他服务的启动等。 而所有的动作都会通过 systemd 的默认启动服务集合，亦即是/etc/systemd/system/default.target 来规划。 另外， systemd 已经舍弃沿用多年的 system V的 runlevel 了喔！

常见的操作环境 target 与相容于 runlevel 的等级

可以作为默认的操作环境 （default.target） 的主要项目有： multi-user.target 以及graphical.target 这两个。当然还有某些比较特殊的操作环境， 包括在第十七章里面谈到的rescue.target, emergency.target, shutdown.target 等等，以及本章在 initramfs 里面谈到的initrd.target 啰！

但是过去的 systemV 使用的是一个称为 runlevel （执行等级） 的概念来启动系统的，systemd 为了相容于旧式的 systemV 操作行为， 所以也将 runlevel 与操作环境做个结合喔！你可以使用下面的方式来查询两者间的对应：

[root@study ~]# ll -d /usr/lib/systemd/system/runlevel*.target | cut -c 28-

May 4 17:52 /usr/lib/systemd/system/runlevel0.target -> poweroff.target

May 4 17:52 /usr/lib/systemd/system/runlevel1.target -> rescue.target

May 4 17:52 /usr/lib/systemd/system/runlevel2.target -> multi-user.target

May 4 17:52 /usr/lib/systemd/system/runlevel3.target -> multi-user.target

May 4 17:52 /usr/lib/systemd/system/runlevel4.target -> multi-user.target

May 4 17:52 /usr/lib/systemd/system/runlevel5.target -> graphical.target

May 4 17:52 /usr/lib/systemd/system/runlevel6.target -> reboot.target

 

如果你之前已经使用过 systemV 的方式来管理系统的话，那应该会知道切换执行等级可以使用“ init 3 ”转成文字界面，“ init 5 ”转成图形界面吧？ 这个 init 程序依旧是保留下来的，只是init 3 会相当于 systemctl isolate multi-user.target 就是了！如果做个完整的叠代，这两个东西的对应为：

SystemV	systemd
init 0	systemctl poweroff
init 1	systemctl rescue
init [234]	systemctl isolate multi-user.target
init 5	systemctl isolate graphical.target
init 6	systemctl reboot

systemd 的处理流程

如前所述，当我们取得了 /etc/systemd/system/default.target 这一个默认操作界面的设置之后，接下来系统帮我们做了什么呢？ 首先，它会链接到 /usr/lib/systemd/system/ 这个目录下去取得 multi-user.target 或 graphical.target 这两个其中的一 （当然， 鸟哥说的是正常的进入Linux 操作环境的情况下！），假设我们是使用 graphical.target 好了，接着下来 systemd 会去找两个地方的设置， 就是如下的目录：

/etc/systemd/system/graphical.target.wants/：使用者设置载入的 unit

/usr/lib/systemd/system/graphical.target.wants/：系统默认载入的 unit

 

然后再由 /usr/lib/systemd/system/graphical.target 这个配置文件内发现如下的数据：

[root@study ~]# cat /usr/lib/systemd/system/graphical.target

[Unit]

Description=Graphical Interface

Documentation=man:systemd.special（7）

Requires=multi-user.target

After=multi-user.target

Conflicts=rescue.target

Wants=display-manager.service

AllowIsolate=yes

[Install]

Alias=default.target

 

这表示 graphical.target 必须要完成 multi-user.target 之后才能够进行，而进行完graphical.target 之后，还得要启动 display-manager.service 才行的意思。 好了！那么通过同样的方式，我们来找找 multi-user.target 要执行完毕得要载入的项目有哪些呢？

# 先来看看 multi-user.target 配置文件内规范了相依的操作环境有哪些呢？

[root@study ~]# cat /usr/lib/systemd/system/multi-user.target

[Unit]

Description=Multi-User System

Documentation=man:systemd.special（7）

Requires=basic.target

Conflicts=rescue.service rescue.target

After=basic.target rescue.service rescue.target

AllowIsolate=yes

[Install]

Alias=default.target

# 然后看看系统默认要载入的 unit 有哪些？

[root@study ~]# ls /usr/lib/systemd/system/multi-user.target.wants

brandbot.path plymouth-quit.service systemd-logind.service

dbus.service plymouth-quit-wait.service systemd-user-sessions.service

getty.target systemd-ask-password-wall.path

# 使用者自订要载入的 unit 又有哪些呢？

[root@study ~]# ls /etc/systemd/system/multi-user.target.wants

abrt-ccpp.service crond.service mdmonitor.service sshd.service

abrtd.service hypervkvpd.service ModemManager.service sysstat.service

abrt-oops.service hypervvssd.service NetworkManager.service tuned.service

abrt-vmcore.service irqbalance.service postfix.service vmtoolsd.service

abrt-xorg.service kdump.service remote-fs.target vsftpd2.service

atd.service ksm.service rngd.service vsftpd.service

auditd.service ksmtuned.service rsyslog.service

backup2.timer libstoragemgmt.service smartd.service

backup.timer libvirtd.service sshd2.service

 

通过上面的结果，我们又能知道 multi-usre.target 需要在 basic.target 运行完毕才能够载入上述的许多 unit 哩！然后再去 basic.target 里头找数据等等～ 最终这些数据就可以通过“systemctl list-dependencies graphical.target ”这个指令来列出所有的相关性的服务啰！这就是 systemd 的调用所需要的服务的流程喔！

Tips 要知道系统的服务启用的流程，最简单的方法就是“ systemctl list-dependenciesgraphical.target ”这个指令！只是，如果你想要知道背后的配置文件意义， 那就是分别去找出/etc 与 /usr/lib 下面的 graphical.target.wants/ 目录下的数据就对了！当然，配置文件脚本里面的 Requires 这个设置值所代表的服务， 也是需要是先载入喔！

约略分析一下“ systemctl list-dependencies graphical.target ”所输出的相依属性服务，基本上我们 CentOS 7.x 的 systemd 开机流程大约是这样：

1. local-fs.target + swap.target：这两个 target 主要在挂载本机 /etc/fstab 里面所规范的文件系统与相关的内存交换空间。

2. sysinit.target：这个 target 主要在侦测硬件，载入所需要的核心模块等动作。

3. basic.target：载入主要的周边硬件驱动程序与防火墙相关任务

4. multi-user.target 下面的其它一般系统或网络服务的载入

5. 图形界面相关服务如 gdm.service 等其他服务的载入

 

除了第一步骤 local-fs.target, swap.target 是通过 /etc/fstab 来进行挂载的行为之外，那其他的target 有做啥动作呢？简单得来说说！

4 systemd 执行 sysinit.target 初始化系统、basic.target准备系统

如果你自己使用“ systemctl list-dependencies sysinit.target ”来瞧瞧的话，那就会看到很多相依的服务！这些服务你应该要一个一个去查询看看设置脚本的内容， 就能够大致理解每个服务的意义。基本上，我们可以将这些服务归类成几个大项就是了：

特殊文件系统设备的挂载：包括 dev-hugepages.mount dev-mqueue.mount 等挂载服务，主要在挂载跟巨量内存分页使用与讯息伫列的功能。 挂载成功后，会在 /dev 下面创建 /dev/hugepages/, /dev/mqueue/ 等目录；

特殊文件系统的启用：包括磁盘阵列、网络磁盘 （iscsi）、LVM 文件系统、文件系统对照服务 （multipath） 等等，也会在这里被侦测与使用到！

开机过程的讯息传递与动画执行：使用 plymouthd 服务搭配 plymouth 指令来传递动画与讯息

日志式登录文件的使用：就是 systemd-journald 这个服务的启用啊！

载入额外的核心模块：通过 /etc/modules-load.d/*.conf 文件的设置，让核心额外载入管理员所需要的核心模块！

载入额外的核心参数设置：包括 /etc/sysctl.conf 以及 /etc/sysctl.d/*.conf 内部设置！

启动系统的乱数产生器：乱数产生器可以帮助系统进行一些密码加密演算的功能

设置终端机 （console） 字形

启动动态设备管理员：就是 udevd 这个家伙！用在动态对应实际设备存取与设备文件名对应的一个服务！相当重要喔！也是在这里启动的！

 

不论你即将使用哪种操作环境来使用系统，这个 sysinit.target 几乎都是必要的工作！从上面你也可以看的出来，基本的核心功能、文件系统、文件系统设备的驱动等等， 都在这个时刻处理完毕～所以，这个 sysinit.target 的阶段是挺重要的喔！

执行完 sysinit.target 之后，再来则是 basic.target 这个项目了。 sysinit.target 在初始化系统，而这个 basic .target 则是一个最阳春的操作系统了！ 这个 basic.target 的阶段主要启动的服务大概有这些：

载入 alsa 音效驱动程序：这个 alsa 是个音效相关的驱动程序，会让你的系统有音效产生啰；

载入 firewalld 防火墙：CentOS 7.x 以后使用 firewalld 取代 iptables 的防火墙设置，虽然最终都是使用 iptables 的架构， 不过在设置上面差很多喔！

载入 CPU 的微指令功能；

启动与设置 SELinux 的安全本文：如果由 disable 的状态改成 enable 的状态，或者是管理员设置强制重新设置一次 SELinux 的安全本文， 也在这个阶段处理喔！

将目前的开机过程所产生的开机信息写入到 /var/log/dmesg 当中

由 /etc/sysconfig/modules/*.modules 及 /etc/rc.modules 载入管理员指定的模块！

载入 systemd 支持的 timer 功能；

 

在这个阶段完成之后，你的系统已经可以顺利的运行！就差一堆你需要的登陆服务、网络服务、本机认证服务等等的 service 类别啰！于是就可以进入下个服务启动的阶段了

5 systemd 启动 multi-user.target 下的服务

在载入核心驱动硬件后，经过 sysinit.target 的初始化流程让系统可以存取之后，加上basic.target 让系统成为操作系统的基础， 之后就是服务器要顺利运行时，需要的各种主机服务以及提供服务器功能的网络服务的启动了。这些服务的启动则大多是附挂在 multiuser.target 这个操作环境下面， 你可以到 /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ 里头去瞧瞧默认要被启动的服务喔

也就是说，一般来说服务的启动脚本设置都是放在下面的目录内：

/usr/lib/systemd/system （系统默认的服务启动脚本设置）

/etc/systemd/system （管理员自己开发与设置的脚本设置）

 

而使用者针对主机的本机服务与服务器网络服务的各项 unit 若要 enable 的话，就是将它放到/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ 这个目录下面做个链接～ 这样就可以在开机的时候去启动他。这时回想一下，你在第十七章使用 systemctl enable/disable 时，系统的回应是什么呢？再次回想一下：

# 将 vsftpd.service 先 disable 再 enable 看看输出的信息为何？

[root@study ~]# systemctl disable vsftpd.service

rm '/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/vsftpd.service'

[root@study ~]# systemctl enable vsftpd.service

ln -s '/usr/lib/systemd/system/vsftpd.service' '/etc/systemd/system/multi-user.target.

wants/vsftpd.service'

 

有没有发现亮点了？不是从 /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ 里面删除链接文件，就是创建链接文件～这样说，理解吧？ 你当然不需要手动作这些链接，而是使用systemctl 来处理即可！另外，这些程序除非在脚本设置里面原本就有规范服务的相依性， 这样才会有顺序的启动之外，大多数的服务都是同时启动的！这就是 systemd 的多任务啰。

相容 systemV 的 rc-local.service

另外，过去用过 Linux 的朋友大概都知道，当系统完成开机后，还想要让系统额外执行某些程序的话，可以将该程序指令或脚本的绝对路径名称写入到 /etc/rc.d/rc.local 这个文件去！新的 systemd 机制中，它建议直接写一个 systemd 的启动脚本配置文件到 /etc/systemd/system下面，然后使用 systemctl enable 的方式来设置启用它，而不要直接使用 rc.local 这个文件啦！

但是像鸟哥这种老人家就是喜欢将开机后要立刻执行的许多管理员自己的脚本，将它写入到/etc/rc.d/rc.local 去嘛！那新版的 systemd 有没有支持呢？ 当然有！那就是 rc-local.service这个服务的功能了！这个服务不需要启动，它会自己判断 /etc/rc.d/rc.local 是否具有可执行的权限来判断要不要启动这个服务！ 你可以这样检查看看：

# 1\. 先看一下 /etc/rc.d/rc.local 的权限，然后检查 multi-user.target 有没有这个服务

[root@study ~]# ll /etc/rc.d/rc.local

-rw-r--r--. 1 root root 473 Mar 6 13:48 /etc/rc.d/rc.local

[root@study ~]# systemctl status rc-local.service

rc-local.service - /etc/rc.d/rc.local Compatibility

Loaded: loaded （/usr/lib/systemd/system/rc-local.service; static）

Active: inactive （dead）

[root@study ~]# systemctl list-dependencies multi-user.target | grep rc-local

# 明明就有这个服务，但是 rc.local 不具有可执行 （x） 的权限，因此这个服务不会被执行

# 2\. 加入可执行权限后，再看一下 rc-local 是否可被启用！

[root@study ~]# chmod a+x /etc/rc.d/rc.local; ll /etc/rc.d/rc.local

-rwxr-xr-x. 1 root root 473 Mar 6 13:48 /etc/rc.d/rc.local

[root@study ~]# systemctl daemon-reload

[root@study ~]# systemctl list-dependencies multi-user.target | grep rc-local

├─rc-local.service # 这个服务确实被记录到启动的环境下啰！

 

通过这个 chmod a+x /etc/rc.d/rc.local 的步骤，你的许多脚本就可以放在 /etc/rc.d/rc.local 这个文件内， 系统在每次开机都会去执行这文件内的指令喔！非常简单吧！

提供 tty 界面与登陆的服务

在 multi-user.target 下面还有个 getty.target 的操作界面项目喔！ 这个项目就是我们在第十七章用来举例的 tty 终端机界面的个数案例。 能不能提供适当的登陆服务也是 multi-user.target下面的内容！包括 systemd-logind.service, systemd-user-sessions.service 等服务。

比较有趣的地方是，由于服务都是同步运行，不一定哪个服务先启动完毕。如果 getty 服务先启动完毕时，你会发现到有可用的终端机尝试让你登陆系统了。 问题是，如果 systemdlogind.service 或 systemd-user-sessions.service 服务尚未执行完毕的话，那么你还是无法登陆系统的。

Tips 有些比较急性子的伙伴在启动 CentOS 7.x 时，看到屏幕出现 tty1 可以让他登陆了～但是一开始输入正确的帐密却无法登陆系统！ 总要隔了数十秒之后才能够顺利的登陆！知道原因了吗？ ^_^

6 systemd 启动 graphical.target 下面的服务

如果你的 default.target 是 multi-user.target 的话，那么这个步骤就不会进行。反之，如果是graphical.target 的话，那么 systemd 就会开始载入用户管理服务与图形界面管理员（window display manager, DM） 等，启动图形界面来让用户以图形界面登陆系统喔！ 如果你对于 graphical.target 多了哪些服务有兴趣，那就来检查看看：

[root@study ~]# systemctl list-dependencies graphical.target

graphical.target

├─accounts-daemon.service

├─gdm.service

├─network.service

├─rtkit-daemon.service

├─systemd-update-utmp-runlevel.service

└─multi-user.target

├─abrt-ccpp.service

.....（下面省略）.....

 

事实上就是多了上面列出来的这些服务而已～大多数都是图形界面帐号管理的功能，至于实际让用户可以登陆的服务，倒是那个 gdm.service 哩！ 如果你去瞧瞧 gdm.service 的内容，就会发现最重要的可执行文件是 /usr/sbin/gdm 喔！那就是让使用者可以利用图形界面登陆的最重要服务啰！ 我们未来讲到 X 窗口界面时再来聊聊 gdm 这玩意儿喔！

到此为止，systemd 就已经完整的处理完毕，你可以使用图形界面或文字界面的方式来登陆系统，系统也顺利的开机完毕， 也能够将你写入到 /etc/rc.d/rc.local 的脚本实际执行一次啰。那如果默认是图形界面 （graphical.target） 但是想要关掉而进入文字界面 （multiuser.target） 呢？ 很简单啊！19.1.3小节就谈过了，使用“ systemctl isolate multi-user.target”即可！如果使用“ init 3 ”呢？也是可以啦！ 只是系统实际执行的还是“ systemctl isolate multiuser.target ”就是了！ ^_^

7 开机过程会用到的主要配置文件

基本上， systemd 有自己的配置文件处理方式，不过为了相容于 systemV ，其实很多的服务脚本设置还是会读取位于 /etc/sysconfig/ 下面的环境配置文件！ 下面我们就来谈谈几个常见的比较重要的配置文件啰！

关于模块： /etc/modprobe.d/.conf 及 /etc/modules-load.d/.conf

还记得我们在 sysinit.target 系统初始化 当中谈到的载入使用者自订模块的地方吗？其实有两个地方可以处理模块载入的问题，包括：

/etc/modules-load.d/*.conf：单纯要核心载入模块的位置；

/etc/modprobe.d/*.conf：可以加上模块参数的位置

 

基本上 systemd 已经帮我们将开机会用到的驱动程序全部载入了，因此这个部份你应该无须更动才对！不过， 如果你有某些特定的参数要处理时，应该就得要在这里进行了。举例来说，我们在第十七章曾经谈过 vsftpd 这个服务对吧！ 而且当时将这个服务的端口更改到 555这个号码上去了！那我们可能需要修改防火墙设置，其中一个针对 FTP 很重要的防火墙模块为 nf_conntrack_ftp， 因此，你可以将这个模块写入到系统开机流程中，例如：

[root@study ~]# vim /etc/modules-load.d/vbird.conf

nf_conntrack_ftp

 

一个模块 （驱动程序） 写一行～然后，上述的模块基本上是针对默认 FTP 端口，亦即 port21 所设置的，如果需要调整到 port 555 的话， 得要外带参数才行！模块外加参数的设置方式得要写入到另一个地方喔！

[root@study ~]# vim /etc/modprobe.d/vbird.conf

options nf_conntrack_ftp ports=555

 

之后重新开机就能够顺利的载入并且处理好这个模块了。不过，如果你不想要开机测试，想现在处理呢？有个方式可以来进行看看：

[root@study ~]# lsmod | grep nf_conntrack_ftp

# 没东西！因为还没有载入这个模块！所以不会出现任何讯息！

[root@study ~]# systemctl restart systemd-modules-load.service

[root@study ~]# lsmod | grep nf_conntrack_ftp

nf_conntrack_ftp 18638 0

nf_conntrack 105702 1 nf_conntrack_ftp

 

通过上述的方式，你就可以在开机的时候将你所需要的驱动程序载入或者是调整这些模块的外加参数啰！

/etc/sysconfig/*

还有哪些常见的环境配置文件呢？我们找几个比较重要的来谈谈：

authconfig： 这个文件主要在规范使用者的身份认证的机制，包括是否使用本机的/etc/passwd, /etc/shadow 等， 以及 /etc/shadow 密码记录使用何种加密演算法，还有是否使用外部密码服务器提供的帐号验证 （NIS, LDAP） 等。 系统默认使用 SHA512 加密演算法，并且不使用外部的身份验证机制；另外，不建议手动修改这个文件喔！你应该使用“ authconfig-tui ”指令来修改较佳！

cpupower： 如果你有启动 cpupower.service 服务时，他就会读取这个配置文件。主要是Linux 核心如何操作 CPU 的原则。 一般来说，启动 cpupower.service 之后，系统会让CPU 以最大性能的方式来运行，否则默认就是用多少算多少的模式来处理的。

firewalld, iptables-config, iptables-config, ebtables-config： 与防火墙服务的启动外带的参数有关，这些数据我们会在服务器篇慢慢再来讨论。

network-scripts/： 至于 network-scripts 里面的文件，则是主要用在设置网卡～ 这部份我们在服务器架设篇才会提到！

二、核心与核心模块

谈完了整个开机的流程，您应该会知道，在整个开机的过程当中，是否能够成功的驱动我们主机的硬件配备， 是核心 （kernel） 的工作！而核心一般都是压缩文件，因此在使用核心之前，就得要将他解压缩后，才能载入内存当中。

另外，为了应付日新月异的硬件，目前的核心都是具有“可读取模块化驱动程序”的功能， 亦即是所谓的“ modules （模块化）”的功能啦！所谓的模块化可以将他想成是一个“外挂程序”，该外挂程序可能由硬件开发厂商提供，也有可能我们的核心本来就支持～不过，较新的硬件， 通常都需要硬件开发商提供驱动程序模块啦！

那么核心与核心模块放在哪？

核心： /boot/vmlinuz 或 /boot/vmlinuz-version；

核心解压缩所需 RAM Disk： /boot/initramfs （/boot/initramfs-version）；

核心模块： /lib/modules/version/kernel 或 /lib/modules/$（uname -r）/kernel；

核心源代码： /usr/src/linux 或 /usr/src/kernels/ （要安装才会有，默认不安装）

 

如果该核心被顺利的载入系统当中了，那么就会有几个信息纪录下来：

核心版本： /proc/version

系统核心功能： /proc/sys/kernel/

 

问题来啦，如果我有个新的硬件，偏偏我的操作系统不支持，该怎么办？很简单啊！

重新编译核心，并加入最新的硬件驱动程序源代码；

将该硬件的驱动程序编译成为模块，在开机时载入该模块

 

上面第一点还很好理解，反正就是重新编译核心就是了。不过，核心编译很不容易啊！ 我们会在后续章节约略介绍核心编译的整个程序。比较有趣的则是将该硬件的驱动程序编译成为模块啦！ 关于编译的方法，可以参考后续的第二十一章、源代码与 tarball的介绍。 我们这个章节仅是说明一下，如果想要载入一个已经存在的模块时，该如何是好？

1 核心模块与相依性

既然要处理核心模块，自然就得要了解了解我们核心提供的模块之间的相关性啦！ 基本上，核心模块的放置处是在 /lib/modules/$（uname -r）/kernel 当中，里面主要还分成几个目录：

arch ：与硬件平台有关的项目，例如 CPU 的等级等等；

crypto ：核心所支持的加密的技术，例如 md5 或者是 des 等等；

drivers ：一些硬件的驱动程序，例如显卡、网卡、PCI 相关硬件等等；

fs ：核心所支持的 filesystems ，例如 vfat, reiserfs, nfs 等等；

lib ：一些函数库；

net ：与网络有关的各项协定数据，还有防火墙模块 （net/ipv4/netfilter/*） 等等；

sound ：与音效有关的各项模块；

 

如果要我们一个一个的去检查这些模块的主要信息，然后定义出他们的相依性， 我们可能会疯掉吧！所以说，我们的 Linux 当然会提供一些模块相依性的解决方案啰～ 对啦！那就是检查 /lib/modules/$（uname -r）/modules.dep 这个文件啦！他记录了在核心支持的模块的各项相依性。

那么这个文件如何创建呢？挺简单！利用 depmod 这个指令就可以达到创建该文件的需求了！

[root@study ~]# depmod [-Ane]

选项与参数：

-A ：不加任何参数时， depmod 会主动的去分析目前核心的模块，并且重新写入

/lib/modules/$（uname -r）/modules.dep 当中。若加入 -A 参数时，则 depmod

会去搜寻比 modules.dep 内还要新的模块，如果真找到新模块，才会更新。

-n ：不写入 modules.dep ，而是将结果输出到屏幕上（standard out）；

-e ：显示出目前已载入的不可执行的模块名称

范例一：若我做好一个网卡驱动程序，文件名为 a.ko，该如何更新核心相依性？

[root@study ~]# cp a.ko /lib/modules/$（uname -r）/kernel/drivers/net

[root@study ~]# depmod

 

以上面的范例一为例，我们的 kernel 核心模块扩展名一定是 .ko 结尾的， 当你使用 depmod之后，该程序会跑到模块标准放置目录 /lib/modules/$（uname -r）/kernel ， 并依据相关目录的定义将全部的模块捉出来分析，最终才将分析的结果写入 modules.dep 文件中的呐！ 这个文件很重要喔！因为他会影响到本章稍后会介绍的 modprobe 指令的应用！

2 核心模块的观察

那你到底晓不晓得目前核心载入了多少的模块呢？粉简单啦！利用 lsmod 即可！

[root@study ~]# lsmod

Module Size Used by

nf_conntrack_ftp 18638 0

nf_conntrack 105702 1 nf_conntrack_ftp

....（中间省略）....

qxl 73766 1

drm_kms_helper 98226 1 qxl

ttm 93488 1 qxl

drm 311588 4 qxl,ttm,drm_kms_helper # drm 还被 qxl, ttm..等模块使用

....（下面省略）....

 

使用 lsmod 之后，系统会显示出目前已经存在于核心当中的模块，显示的内容包括有：

模块名称（Module）；

模块的大小（size）；

此模块是否被其他模块所使用 （Used by）。

 

也就是说，模块其实真的有相依性喔！举上表为例，nf_conntrack 先被载入后，nf_conntrack_ftp这个模块才能够进一步的载入系统中！ 这两者间是有相依性的。包括鸟哥测试机使用的是虚拟机，用到的显卡是 qxl 这个模块，该模块也同时使用了好多额外的附属模块喔！ 那么，那个 drm 是啥鬼？要如何了解呢？就用 modinfo 吧！

[root@study ~]# modinfo [-adln] [module_name|filename]

选项与参数：

-a ：仅列出作者名称；

-d ：仅列出该 modules 的说明 （description）；

-l ：仅列出授权 （license）；

-n ：仅列出该模块的详细路径。

范例一：由上个表格当中，请列出 drm 这个模块的相关信息：

[root@study ~]# modinfo drm

filename: /lib/modules/3.10.0-229.el7.x86_64/kernel/drivers/gpu/drm/drm.ko

license: GPL and additional rights

description: DRM shared core routines

author: Gareth Hughes, Leif Delgass, José Fonseca, Jon Smirl

rhelversion: 7.1

srcversion: 66683E37FDD905C9FFD7931

depends: i2c-core

intree: Y

vermagic: 3.10.0-229.el7.x86_64 SMP mod_unload modversions

signer: CentOS Linux kernel signing key

sig_key: A6:2A:0E:1D:6A:6E:48:4E:9B:FD:73:68:AF:34:08:10:48:E5:35:E5

sig_hashalgo: sha256

parm: edid_fixup:Minimum number of valid EDID header Bytes （0-8, default 6） （int）

.....（下面省略）.....

# 可以看到这个模块的来源，以及该模块的简易说明！

范例二：我有一个模块名称为 a.ko ，请问该模块的信息为？

[root@study ~]# modinfo a.ko

....（省略）....

 

事实上，这个 modinfo 除了可以“查阅在核心内的模块”之外，还可以检查“某个模块文件”， 因此，如果你想要知道某个文件代表的意义为何，利用 modinfo 加上完整文件名吧！看看就晓得是啥玩意儿啰！ ^_^

3 核心模块的载入与移除

好了，如果我想要自行手动载入模块，又该如何是好？有很多方法啦，最简单而且建议的，是使用 modprobe 这个指令来载入模块， 这是因为 modprobe 会主动的去搜寻 modules.dep的内容，先克服了模块的相依性后， 才决定需要载入的模块有哪些，很方便。至于 insmod则完全由使用者自行载入一个完整文件名的模块， 并不会主动的分析模块相依性啊！

[root@study ~]# insmod [/full/path/module_name] [parameters]

范例一：请尝试载入 cifs.ko 这个“文件系统”模块

[root@study ~]# insmod /lib/modules/$（uname -r）/kernel/fs/fat/fat.ko

[root@study ~]# lsmod | grep fat

fat 65913 0

 

insmod 立刻就将该模块载入啰～但是 insmod 后面接的模块必须要是完整的“文件名”才行！那如何移除这个模块呢？

[root@study ~]# rmmod [-fw] module_name

选项与参数：

-f ：强制将该模块移除掉，不论是否正被使用；

范例一：将刚刚载入的 fat 模块移除！

[root@study ~]# rmmod fat

范例二：请载入 vfat 这个“文件系统”模块

[root@study ~]# insmod /lib/modules/$（uname -r）/kernel/fs/vfat/vfat.ko

insmod: ERROR: could not load module /lib/modules/3.10.0-229.el7.x86_64/kernel/fs/vfat/

vfat.ko: No such file or directory

# 无法载入 vfat 这个模块啊！伤脑筋！

 

使用 insmod 与 rmmod 的问题就是，你必须要自行找到模块的完整文件名才行，而且如同上述范例二的结果， 万一模块有相依属性的问题时，你将无法直接载入或移除该模块呢！所以近年来我们都建议直接使用 modprobe 来处理模块载入的问题，这个指令的用法是：

[root@study ~]# modprobe [-cfr] module_name

选项与参数：

-c ：列出目前系统所有的模块！（更详细的代号对应表）

-f ：强制载入该模块；

-r ：类似 rmmod ，就是移除某个模块啰～

范例一：载入 vfat 模块

[root@study ~]# modprobe vfat

# 很方便吧！不需要知道完整的模块文件名，这是因为该完整文件名已经记录到

# /lib/modules/`uname -r`/modules.dep 当中的缘故啊！如果要移除的话：

[root@study ~]# modprobe -r vfat

 

使用 modprobe 真的是要比 insmod 方便很多！因为他是直接去搜寻 modules.dep 的纪录，所以啰，当然可以克服模块的相依性问题，而且还不需要知道该模块的详细路径呢！好方便！ ^_^

例题：尝试使用 modprobe 载入 cifs 这个模块，并且观察该模块的相关模块是哪个？答：我们使用 modprobe 来载入，再以 lsmod 来观察与 grep 撷取关键字看看：

[root@study ~]# modprobe cifs

[root@study ~]# lsmod | grep cifs

cifs 456500 0

dns_resolver 13140 1 cifs <==竟然还有使用到 dns_resolver 哩！

[root@study ~]# modprobe -r cifs <==测试完移除此模块

 

4 核心模块的额外参数设置：/etc/modprobe.d/*conf

如果有某些特殊的需求导致你必须要让核心模块加上某些参数时，请回到19.1.7小节瞧一瞧！应该会有启发喔！重点就是要自己创建扩展名为 .conf 的文件，通过 options 来带入核心模块参数啰！

 

三、 Boot Loader: Grub2

在看完了前面的整个开机流程，以及核心模块的整理之后，你应该会发现到一件事情，那就是“ boot loader 是载入核心的重要工具”啊！没有 boot loader 的话，那么 kernel 根本就没有办法被系统载入的呢！所以，下面我们会先谈一谈 boot loader 的功能，然后再讲一讲现阶段Linux 里头最主流的 grub2 这个 boot loader 吧！

另外，你也得要知道，目前新版的 CentOS 7.x 已经将沿用多年的 grub 换成了 grub2 了！这个 grub2 版本在设置与安装上面跟之前的 grub 有点不那么相同， 所以，在后续的章节中，得要了解一下新的 grub2 的设置方式才行喔！如果你是新接触者，那没关系～直接看就 OK了！

1 boot loader 的两个 stage

我们在第一小节开机流程的地方曾经讲过，在 BIOS 读完信息后，接下来就是会到第一个开机设备的 MBR 去读取 boot loader 了。这个 boot loader 可以具有菜单功能、直接载入核心文件以及控制权移交的功能等， 系统必须要有 loader 才有办法载入该操作系统的核心就是了。但是我们都知道， MBR 是整个硬盘的第一个 sector 内的一个区块，充其量整个大小也才446 Bytes 而已。即使是 GPT 也没有很大的扇区来储存 loader 的数据。 我们的 loader 功能这么强，光是程序码与设置数据不可能只占这么一点点的容量吧？那如何安装？

为了解决这个问题，所以 Linux 将 boot loader 的程序码执行与设置值载入分成两个阶段（stage） 来执行：

Stage 1：执行 boot loader 主程序： 第一阶段为执行 boot loader 的主程序，这个主程序必须要被安装在开机区，亦即是 MBR 或者是 boot sector 。但如前所述，因为 MBR 实在太小了，所以，MBR 或 boot sector 通常仅安装 boot loader 的最小主程序， 并没有安装 loader 的相关配置文件；

Stage 2：主程序载入配置文件： 第二阶段为通过 boot loader 载入所有配置文件与相关的环境参数文件 （包括文件系统定义与主要配置文件 grub.cfg）， 一般来说，配置文件都在 /boot 下面。

 

那么这些配置文件是放在哪里啊？这些与 grub2 有关的文件都放置到 /boot/grub2 中，那我们就来看看有哪些文件吧！

[root@study ~]# ls -l /boot/grub2

-rw-r--r--. device.map <==grub2 的设备对应档（下面会谈到）

drwxr-xr-x. fonts <==开机过程中的画面会使用到的字体数据

-rw-r--r--. grub.cfg <==grub2 的主配置文件！相当重要！

-rw-r--r--. grubenv <==一些环境区块的符号

drwxr-xr-x. i386-pc <==针对一般 x86 PC 所需要的 grub2 的相关模块

drwxr-xr-x. locale <==就是语系相关的