再論Linux開機

從電腦上電到出現命令提示符號間，系統經過了許多血汗的努力，這過程在使用者角度上不太重要，但，如果想要定做一個小型的Linux系統，就需要了解Linux整個啟動的過程。

當電腦上電之後首先是執行BIOS的程式，接著由BIOS交接到磁碟機上的MBR，通常OS Loader會載到MBR，這Loader負責把OS 核心(Kernel)與rootfs檔案initrd.img載入到記憶體中，並把控制權交接給核心運作，之後會解開initrd.img到記憶體上，成為暫時的rootfs但是是在RAM上，被稱為initrd (INITial Ram Disk)，解開的rootfs之中有init這檔案，核心會去執行它，init(or linuxrc)必須要可以執行，可以是Script，有人稱它為Application Manager，這程式接手之後就得負責把磁碟機驅動起來，之後要掛載檔案系統，建立一些必要的設備節點，最後是根目錄切換，切換之後再去執行新的目錄中的init，把完整的系統驅動起來。

1. bootloader載入kernel及initrd
2. kernel解開initrd，並釋放initrd所佔用的記憶體空間
3. 將rootfs掛載到ram disk上
4. 執行 init (initialization)
5. 掛載真正的rootfs
6. chroot執行/sbin/init

所以第一次掛載ramfs時候如果需要開機到RAID上，就需要修改initrd.img這檔案，驅動起RAID並且掛載上再切換到RAID上，或是需要掛載iSCSI的磁碟當成系統碟也是需要修改它，如果不夠了解整個開機過程，相信沒辦法做到這一點，如果不需要太多的程序來搶資源，也可以讓自己寫的程式去領PID 1來用，整個系統就幾乎是你的程式獨占資源，所以對這些程序流程理解的愈深，相對的擁有的自由度就愈高。

當我在做小型的Linux系統的時候，我只需要開機到ramfs，所以不再往下交到目標磁碟機手上，而是直接用ramfs就好，一般這種作法搞出來的嵌入式系統是整個運作在記憶體上，好處是掛掉隨便使用者亂關都沒事，反正下一次要用還是得重新載入到記憶體上，只要原始的檔案沒毀損就沒事，缺點就是要等載入跟解壓縮，如此一來開機時間就會拉長，在很多的網通設備、多媒體播放器上都是這樣搞，只是他們也得面臨到開機速度的挑戰，所以就會看到各家奇奇怪怪的加速手段。

 在kernel版本2.6之後，initrd改用cpio製作，可以稱做cpio-initrd，它不需要特殊的block device或loop back device，製作過程比較簡單，而2.6與2.4的差異可以參考這一篇文章寫的。

上頭說的流程是Kernel 2.6以後的版本，而對於開機流程相信查到的文件常常是叫你去改inittab這檔案，如果你跟我一樣是用ubuntu/Debian就會發現事情並不單純(李組長語調)，傳統的作法繼承於Unix-Like底下System-V init的作法，但是之後因為一堆隨身碟、硬碟、、、等隨插即用的東西出現，這個系統變得不太能夠適應，新的需求對於軟硬體的啟動、停止、掛載、移除，需要服務可以動態的啟動，傳統的sysVinit是基於runlevel的系統，使用runlevel(單、多使用者以及其它level)和鏈接(於/dec/rc?.d目錄，分別鏈接到/etc/init.d的init script)來啟動和關閉服務，而Ubuntu使用的是UPStart-Init則是基於事件的系統，它使用事件來啟動和關閉系統服務，傳統的SysVinit還有一個缺點，就是啟動需要跑一堆shell script，好處是很容易改，但是缺點是「慢」，這個缺點是從MacOS學到的教訓，在相同的位置上Solaris使用SMF(Service Management Facility)，而Mac OS則使用Launchd，而Ubuntu則是傾向集這些軟體的優點於一身。

使用上也真的比較快，開機真的快多了，而且對於裝置服務的反應以比較靈敏，新的CPIO省去一次載入核心的時間，而init省去shell script運作產生的浪費，目前最耗時間的還是載入rootfs的時間(壓縮比加到頂也沒小多少，但是就明顯感覺核心解壓縮有點燒到點時間)。

sysVinit

• initScript /rc script
• rc => run commands
• /etc/rc.d/init.d
• /etc/inittab
• id:5:initdefault:
• /etc/rc.d/rc5.d
• exp:
• /etc/rc.d/rc5.d/K36mysqld
• link to ../init.d/mysqld
• K36mysqld
• K : Kill/Start
• 36: boot sequence
• mysqld: service name
• runlevel設定相互獨立

UPStart

• event-driven/-based
• 理順服務依賴關係以便實現平行啟動
• 按需求啟動
• Upstart job script
• 有關UPStart相關的說明可以參考這一篇文章

也就是init最後不要交到真的磁碟機的/sbin/init而是交到ramfs裏面的/sbin/init，如果是用UPStart的服務，則是要搬相對的資料給他用，/etc/init目錄下的東西，底下的東西是.conf只是設定檔而已，不是shell script，而也要順便拷貝/etc/init.d目錄下的東西，除此之外還有相對應的設定檔也要拷貝，比如說ssh，除了init或init.d之外，還放了一個/etc/ssh/的目錄，也要順便拷貝走，與DNS相關的是/etc/hosts、/etc/resolv.conf、/etc/nsswitch.conf這3個設定檔，與帳號、密碼相關的設定檔是/etc/passwd、/etc/shadow、/etc/group這3個，如果說認証上有問題要注意/etc/pam.d/，PAM(Pluggable Authentication Modules)，要順便注意/etc/nologin、/etc/securetty、/etc/security/*這堆。