How Linux Works

Stella981
• 阅读 587

How Linux Works

(一)How the Linux Kernel Boots

  1. The machine’s BIOS or boot firmware loads and runs a boot loader.(Boot Loader 是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序,它严重地依赖于硬件而实现)
  2. The boot loader finds the kernel image on disk, loads it into memory, and starts it. (选择内核镜像,加载到内存空间,为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。)
  3. The kernel initializes the devices and its drivers.(初始化硬件设备及其驱动程序)
  4. The kernel mounts the root filesystem.(挂载根目录。根目录指文件系统的最上一级目录,它是相对子目录来说的;它如同一棵大树的“根”一般,所有的树杈以它为起点)
  5. The kernel starts a program called init with a process ID of 1. This point is the user space start.(内核启动一个初始化程序,从这里开始虚拟内存开始划分出使用者空间,与内核空间(Kernel space)对应)
  6. init sets the rest of the system processes in motion
  7. At some point, init starts a process allowing you to log in, usually at the end or near the end of the boot.

Startup Messages

有两种方式可以查看内核引导和运行诊断信息:

  1. 查看内核系统日志文件。文件路径: /var/log/kern.log

  2. 执行dmesg命令

    [root@li1437-101 ~]# dmesg [ 0.000000] Linux version 4.9.7-x86_64-linode80 (maker@build) (gcc version 4.7.2 (Debian 4.7.2-5) ) #2 SMP Thu Feb 2 15:43:55 EST 2017 [ 0.000000] Command line: root=/dev/sda console=tty1 console=ttyS0 ro devtmpfs.mount=1 [ 0.000000] x86/fpu: Supporting XSAVE feature 0x001: 'x87 floating point registers' [ 0.000000] x86/fpu: Supporting XSAVE feature 0x002: 'SSE registers' [ 0.000000] x86/fpu: Supporting XSAVE feature 0x004: 'AVX registers' [ 0.000000] x86/fpu: xstate_offset[2]: 576, xstate_sizes[2]: 256 [ 0.000000] x86/fpu: Enabled xstate features 0x7, context size is 832 bytes, using 'standard' format. [ 0.000000] x86/fpu: Using 'eager' FPU context switches. [ 0.000000] e820: BIOS-provided physical RAM map: ……. [ 0.000000] NX (Execute Disable) protection: active [ 0.000000] SMBIOS 2.8 present. [ 0.000000] DMI: QEMU Standard PC (i440FX + PIIX, 1996), BIOS rel-1.9.1-0-gb3ef39f-prebuilt.qemu-project.org 04/01/2014 [ 0.000000] Hypervisor detected: KVM …… [ 0.371925] raid6: sse2x1 gen() 7490 MB/s [ 0.428689] raid6: sse2x1 xor() 5953 MB/s [ 0.485463] raid6: sse2x2 gen() 9289 MB/s [ 0.542230] raid6: sse2x2 xor() 6754 MB/s [ 0.599013] raid6: sse2x4 gen() 10954 MB/s [ 0.656189] raid6: sse2x4 xor() 5522 MB/s [ 0.656943] raid6: using algorithm sse2x4 gen() 10954 MB/s [ 0.657588] raid6: .... xor() 5522 MB/s, rmw enabled …… [ 1.053697] Netfilter messages via NETLINK v0.30. [ 1.054471] nfnl_acct: registering with nfnetlink. [ 1.055332] nf_conntrack version 0.5.0 (8192 buckets, 32768 max) [ 1.056324] ctnetlink v0.93: registering with nfnetlink. [ 1.057335] nf_tables: (c) 2007-2009 Patrick McHardy kaber@trash.net [ 1.058393] nf_tables_compat: (c) 2012 Pablo Neira Ayuso pablo@netfilter.org [ 1.059599] xt_time: kernel timezone is -0000 [ 1.060296] ip_set: protocol 6 [ 1.060791] IPVS: Registered protocols (TCP, UDP, SCTP, AH, ESP) [ 1.061940] IPVS: Connection hash table configured (size=4096, memory=64Kbytes) [ 1.063162] IPVS: Creating netns size=2104 id=0 [ 1.064139] IPVS: ipvs loaded. …… [ 1.744221] systemd[1]: Detected virtualization kvm. [ 1.745058] systemd[1]: Detected architecture x86-64. [ 1.747402] systemd[1]: Set hostname to <localhost.localdomain>. [ 1.834328] tsc: Refined TSC clocksource calibration: 2800.119 MHz [ 1.835512] clocksource: tsc: mask: 0xffffffffffffffff max_cycles: 0x285cb16f950, max_idle_ns: 440795333193 ns [ 1.843476] systemd[1]: Created slice Root Slice. [ 1.844251] systemd[1]: Starting Root Slice. [ 1.845835] systemd[1]: Created slice System Slice. [ 1.846631] systemd[1]: Starting System Slice. [ 1.848257] systemd[1]: Listening on udev Kernel Socket. [ 1.849119] systemd[1]: Starting udev Kernel Socket. [ 2.014715] EXT4-fs (sda): re-mounted. Opts: (null) [ 2.038202] systemd-journald[2010]: Received request to flush runtime journal from PID 1 [ 2.241341] audit: type=1305 audit(1488188850.897:2): audit_pid=2215 old=0 auid=4294967295 ses=4294967295 res=1 [ 2.287758] Adding 262140k swap on /dev/sdb. Priority:-1 extents:1 across:262140k FS [ 2.905177] IPVS: Creating netns size=2104 id=1 [ 2.954613] IPv6: ADDRCONF(NETDEV_UP): eth0: link is not ready [ 2.955987] 8021q: adding VLAN 0 to HW filter on device eth0 [ 8.009765] random: crng init done

在故障排查中,dmesg信息需要首先查看,例如输出最近10条系统信息, 可以查看到引起性能问题的错误。

$ dmesg | tail
[1880957.563150] perl invoked oom-killer: gfp_mask=0x280da, order=0, oom_score_adj=0
[...]
[1880957.563400] Out of memory: Kill process 18694 (perl) score 246 or sacrifice child
[1880957.563408] Killed process 18694 (perl) total-vm:1972392kB, anon-rss:1953348kB, file-r
ss:0kB
[2320864.954447] TCP: Possible SYN flooding on port 7001. Dropping request. Check SNMP cou
nters.

Kernel initialization and Boot Options

在启动时,Linux内核初始化的顺序如下:

  1. CPU inspection (检查CPU)
  2. Memory inspection (检查内存)
  3. Device bus discovery (发现设备总线)
  4. Device discovery (发现设备)
  5. Auxiliary kernel subsystem setup(networking, and so on) (辅助内核子系统启动,例如网络等)
  6. Root filesystem mount (挂载根目录)
  7. User space start (用户空间启动)

How Linux Works

Kernel Parameters

文件/proc/cmdline记录了系统内核启动参数:

[root@li1437-101 ~]# cat /proc/cmdline
root=/dev/sda console=tty1 console=ttyS0 ro  devtmpfs.mount=1

查看运行级别:

[root@li1437-101 ~]# who -r
         run-level 3  2017-02-27 09:47
[root@li1437-101 ~]#

(二) How User Space Starts

用户空间启动顺序:

  1. init
  2. 必要的低层服务例如:udevd 和 syslog
  3. 网络配置
  4. 中高层服务例如 :cron , printing
  5. 登录提示、图形界面及其它高层次应用

1号进程

init(initialization的简写)是 Unix 和 类Unix 系统中用来产生其它所有进程的程序。它以守护进程的方式存在,其进程号为1。Linux系统在开机时加载Linux内核后,便由Linux内核加载init程序,由init程序完成余下的开机过程,比如加载运行级别,加载服务,引导Shell/图形化界面等等。

[root@li1437-101 ~]# ps -ef | grep init
root         1     0  0 Feb27 ?        00:03:05 /sbin/init
root     28683 28663  0 02:44 pts/0    00:00:00 grep --color=auto init


// Mac OS
bash-3.2$ ps -ef | grep init
    0   243     1   0 15 517  ??         0:00.74 /System/Library/CoreServices/CrashReporterSupportHelper server-init
    0   533     1   0 15 517  ??         0:02.07 /System/Library/CoreServices/SubmitDiagInfo server-init
  501 52150     1   0 日01下午 ??         0:15.49 /usr/libexec/secinitd
    0 69864     1   0 11:35上午 ??         0:00.20 /usr/libexec/secinitd
    0 72830     1   0  1:51下午 ??         0:00.19 /usr/libexec/secinitd
Darwin ACA80166.ipt.aol.com 16.5.0 Darwin Kernel Version 16.5.0: Fri Mar  3 16:52:33 PST 2017; root:xnu-3789.51.2~3/RELEASE_X86_64 x86_64
bash-3.2$

在Linux发行版中,init有三种主要的实现形式:

  1. System V init: 传统的
  2. systemd: 所有主流Linux发行版中的标准init
  3. Upstart: Ubuntu

Android 和 BSD (运行存放于'/etc/rc'的初始化 shell 脚本)也有它们自己的init版本,一些发行版也将System V init 修改为类似BSD风格的实现。目前大部分Linux发行版都已采用新的systemd替代System V和Upstart,但systemd向下兼容System V。

System V init: 存在一个启动序列,同一时间只能启动一个任务,这种架构下,很容易解决依赖问题,但是性能方面要受一些影响。 systemd is goal oriented. : 针对System V init的不足,systemd所有的服务都并发启动。systemd时基于目标的,需要定义要实现的目标,以及它的依赖项。systemd 将所有过程都抽象为一个配置单元,即 unit。可以认为一个服务是一个配置单元;一个挂载点是一个配置单元。

How Linux Works

Upstart is reactionary.:Upstart是基于事件的,Upstart的事件驱动模型允许它以异步方式对生成的事件作出回应。

How Linux Works

(三) The Initial RAM filesystem

Linux内核不能通过访问PC BIOS 或者 EFI接口从磁盘获取数据,所以为了mount它的root filesystem, 对于底层存储需要驱动程序支持。解决方案是在内核运行之前,由boot loader加载驱动模块及工具到内存。在启动时,内核读取相关模块到一个临时的RAM filesystem(initramfs),挂载在/根目录,initramsfs允许内核为真正的root filesystem加载必要的驱动模块。 最后,再挂载真正的root filesystem、启动init。

Linux在很多场景下都需要创建一个基于内存的文件系统,提供一个可以接近零延迟的快速存储区域。目前有两类主要的RAM磁盘可用,她们个有优劣:ramfs和tmpfs。(注意:创建之前使用 free 命令查看未使用的RAM)

# free
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        1012720      168756       23576       52024      820388      754520
Swap:        262140          88      262052


# mkdir /mnt/ramdisk
# mount -t tmpfs -o size=512m tmpfs /mnt/ramdisk
# vi /etc/fstab
#tmpfs       /mnt/ramdisk tmpfs   nodev,nosuid,noexec,nodiratime,size=1024M   0 0

更多精彩内容扫码关注公众号:RiboseYim's Blog:https://riboseyim.github.io How Linux Works

点赞
收藏
评论区
推荐文章
blmius blmius
3年前
MySQL:[Err] 1292 - Incorrect datetime value: ‘0000-00-00 00:00:00‘ for column ‘CREATE_TIME‘ at row 1
文章目录问题用navicat导入数据时,报错:原因这是因为当前的MySQL不支持datetime为0的情况。解决修改sql\mode:sql\mode:SQLMode定义了MySQL应支持的SQL语法、数据校验等,这样可以更容易地在不同的环境中使用MySQL。全局s
皕杰报表之UUID
​在我们用皕杰报表工具设计填报报表时,如何在新增行里自动增加id呢?能新增整数排序id吗?目前可以在新增行里自动增加id,但只能用uuid函数增加UUID编码,不能新增整数排序id。uuid函数说明:获取一个UUID,可以在填报表中用来创建数据ID语法:uuid()或uuid(sep)参数说明:sep布尔值,生成的uuid中是否包含分隔符'',缺省为
待兔 待兔
3个月前
手写Java HashMap源码
HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程22
Jacquelyn38 Jacquelyn38
3年前
2020年前端实用代码段,为你的工作保驾护航
有空的时候,自己总结了几个代码段,在开发中也经常使用,谢谢。1、使用解构获取json数据let jsonData  id: 1,status: "OK",data: 'a', 'b';let  id, status, data: number   jsonData;console.log(id, status, number )
Wesley13 Wesley13
3年前
Java获得今日零时零分零秒的时间(Date型)
publicDatezeroTime()throwsParseException{    DatetimenewDate();    SimpleDateFormatsimpnewSimpleDateFormat("yyyyMMdd00:00:00");    SimpleDateFormatsimp2newS
Wesley13 Wesley13
3年前
mysql设置时区
mysql设置时区mysql\_query("SETtime\_zone'8:00'")ordie('时区设置失败,请联系管理员!');中国在东8区所以加8方法二:selectcount(user\_id)asdevice,CONVERT\_TZ(FROM\_UNIXTIME(reg\_time),'08:00','0
Wesley13 Wesley13
3年前
00:Java简单了解
浅谈Java之概述Java是SUN(StanfordUniversityNetwork),斯坦福大学网络公司)1995年推出的一门高级编程语言。Java是一种面向Internet的编程语言。随着Java技术在web方面的不断成熟,已经成为Web应用程序的首选开发语言。Java是简单易学,完全面向对象,安全可靠,与平台无关的编程语言。
Stella981 Stella981
3年前
Django中Admin中的一些参数配置
设置在列表中显示的字段,id为django模型默认的主键list_display('id','name','sex','profession','email','qq','phone','status','create_time')设置在列表可编辑字段list_editable
Wesley13 Wesley13
3年前
MySQL部分从库上面因为大量的临时表tmp_table造成慢查询
背景描述Time:20190124T00:08:14.70572408:00User@Host:@Id:Schema:sentrymetaLast_errno:0Killed:0Query_time:0.315758Lock_
Python进阶者 Python进阶者
9个月前
Excel中这日期老是出来00:00:00,怎么用Pandas把这个去除
大家好,我是皮皮。一、前言前几天在Python白银交流群【上海新年人】问了一个Pandas数据筛选的问题。问题如下:这日期老是出来00:00:00,怎么把这个去除。二、实现过程后来【论草莓如何成为冻干莓】给了一个思路和代码如下:pd.toexcel之前把这