前提：pc主機，MBR架構第一步：post（power on system test）加電自檢。 pc機的主板上有個rom晶元（CMOS），加電後，cpu去找這個raw，然後讀取裡面的指令，檢測機器上是否有：記憶體，硬碟，顯示設備等。 CMOS里有個bios（basic input output s ...

前提：pc主機，MBR架構

第一步：post（power on system test）加電自檢。

pc機的主板上有個rom晶元（CMOS），加電後，cpu去找這個raw，然後讀取裡面的指令，檢測機器上是否有：記憶體，硬碟，顯示設備等。

CMOS里有個bios（basic input output system）程式
第二步：boot sequence（bios里設置是用光碟啟動，還是硬碟啟動等）

按次序查找引導設備，第一個有引導程式（bootloader）的設備即為本次啟動要用到的設備。

bootloader：
- 功能：
  - 找到磁碟上的grub程式，並載入運行之。
  - grub提供一個可以讓用戶選擇的菜單，上面寫著，可以選擇運行的內核列表
  - 把用戶選定的內核程式從磁碟載入到記憶體的特定空間中，然後解壓，展開，此後，內核就開始真正運行起來了，然後bootloader退出，由內核接管一切。
  註意：由於bootloader僅有446位元組，它無法讀取LVM，軟RAID的邏輯分區，只能讀取物理分區，所以內核程式只能存放在物理分區上。
- 種類：
  - LILO：linux loader。它有個致命弱點，如果內核在磁碟的1024以後的柱面上存儲著的話，它無法載入內核。安卓手機用的是LILO。
  - GRUB：Grand Uniform Bootloader
    
    centos5，6用的版本是：grub 0.x（別名：grub legacy）
    
    cengtos7用的版本是：grub 1.x（別名：grub2）
bootloader程式放在哪裡了？

如果是MBR架構，則放在了在0號track（磁軌），0號sector（扇區）里的前446bytes 。

由於只有446位元組，空間太小了，能寫的程式實在有限，所以linux使用GRUB機制。

GRUB機制：不讓bootloader直接載入內核，而是讓bootloader載入磁碟上的另外一個程式/boot/grub。由於/boot/grub是放在磁碟上的，所以突破了446位元組的約束。
- 第一階段：bootloader載入/boot/grub程式
- 第1.5階段：filesystem driver？
- 第二階段：
  - centos5,6：載入/boot/grub下的配置文件
  - centos7：載入/etc/grub.d/， /etc/default/grub， /boot/grub2/grub.cfg
```
# ll /etc/grub.d/
-rwxr-xr-x. 1 root root  8702 Nov  9  2018 00_header
-rwxr-xr-x. 1 root root  1043 Jul  5  2018 00_tuned
-rwxr-xr-x. 1 root root   232 Nov  9  2018 01_users
-rwxr-xr-x. 1 root root 10781 Nov  9  2018 10_linux
-rwxr-xr-x. 1 root root 10275 Nov  9  2018 20_linux_xen
-rwxr-xr-x. 1 root root  2559 Nov  9  2018 20_ppc_terminfo
-rwxr-xr-x. 1 root root 11169 Nov  9  2018 30_os-prober
-rwxr-xr-x. 1 root root   214 Nov  9  2018 40_custom
-rwxr-xr-x. 1 root root   216 Nov  9  2018 41_custom
-rw-r--r--. 1 root root   483 Nov  9  2018 README
# ll /etc/default/grub
-rw-r--r--. 1 root root 279 Nov 29 16:53 /etc/default/grub
# ll /boot/grub2/grub.cfg
-rw-r--r--. 1 root root 4287 Nov 29 16:53 /boot/grub2/grub.cfg
```
第三步：kernel自身初始化
- 探測所以硬體設備
- 為了載入磁碟上的根文件系統，所以先載入ramdisk上的文件系統，找到裡面的磁碟驅動程式。
  
  註意：也有可能不使用ramdisk。當自己在自己的機器上編譯內核時，編譯程式就探測到了本地磁碟類型，所以在編譯的時候，就可以把磁碟的驅動，編譯到內核里，所以內核就不需要再去找ramdisk了。
- 使用磁碟驅動，以只讀方式，載入根文件系統。只讀的目的：防止內核有bug，把根文件系統裡面的東西刪除了。沒問題後，再改為讀寫方式。
- 運行用戶空間的第一個應用程式：/sbin/init
  
  centos5之前的init程式：SysV init
  
  使用的配置文件：/etc/inittab
  
  centos6的init程式：Upstart（ubuntu貢獻的，redhat參考ubuntu又修改了一下）
  
  使用的配置文件：/etc/init/*.conf
  
  centos7的init程式：Systemd（redhat參考macOS做的）
  
  使用的配置文件: /usr/lib/systemd/system目錄下的文件，和/etc/systemd/system目錄下的文件
  - 執行/usr/lib/systemd/system/initrd.target所有單元，掛載/etc/fstab里的分區
  - 從ramdisk根文件系統切換到磁碟根目錄
  - 執行/etc/systemd/system/default.target
  - 執行/usr/lib/systemd/system/sysinit.target，及/usr/lib/systemd/system/basic.target
  - systemd啟動/usr/lib/systemd/system/multi-user.target里的本機的服務和伺服器的服務
  - systemd執行/usr/lib/systemd/system/multi-user.target里的/etc/rc.d/rc.local
  - systemd執行/usr/lib/systemd/system/multi-user.target里的getty.target及登錄服務
  - 如果命令systemctl get-default的執行結果是graphical，則執行/usr/lib/systemd/system/graphical.target
第四步：/sbin/init會啟動/sbin/mingetty程式，顯示可以登錄的文本界面。

Systemd的新特性：

並行啟動無依賴關係的服務
按需激活服務，不是全啟動起來，放在那裡浪費資源，用戶真正用的時候才啟動
可以提供用戶空間進程的快照
可以基於依賴關係定義服務控制邏輯

Systemd的核心概念：unit

unit是一個抽象的東西，它由其相關的配置文件進行標識，識別和配置。

配置文件中，主要包含了系統服務，監聽的socket，保存的快照，以及其他與init相關的信息。

查看有哪些unit file：

# systemctl list-unit-files -a
UNIT FILE                                     STATE
proc-sys-fs-binfmt_misc.automount             static
dev-hugepages.mount                           static
brandbot.path                                 disabled
cups.path                                     enabled
...

unit配置文件的放置目錄：

/usr/lib/systemd/system

每個服務最主要的啟動腳本設置，類似於centos5，6里的/ect/init.d/*.conf
/run/systemd/system/

系統執行過程中所產生的服務腳本，比上面目錄優先運行
/etc/systemd/system

管理員建立的執行腳本，類似於centos5，6里的/etc/rc.d/rc#.d/S##腳本的功能，比上面目錄優先運行。

unit的常見類型：

service：文件擴展名為service，用於定義系統服務的

相容cenos5，6的命令：service NAME start|stop|status|restart
target：文件擴展名為target，模擬centos5，6里運行級別（rc0.d，rc1.d，rc2.d，rc3.d，rc4.d，rc5.d，rc6.d目錄里的K*和S*的所有腳本）.

centos7里沒有運行級別的概念，centos5，6是靠運行級別控制的。
device：文件擴展名為device，用於定義內核識別的設備

centos5，6的設備文件是由udev識別的，centos7的設備文件是由udev和systemd識別的。
mount：文件擴展名為mount，用於定義文件系統的掛載點

在centos7直接輸入mount命令，會發現很多cgroup的掛載點。cgroup是控制資源分配的，docker就是利用cgroup分配資源，用namespace隔離網路等空間。
socket：文件擴展名為socket，用於標識進程間通信所使用的socket文件。
snapshot：文件擴展名為snapshot，用於管理系統快照的
swap：文件擴展名為swap，用於管理swap設備
automount：文件擴展名為automount，文件系統自動掛載點設置。比如插入U盤，自動識別
path：文件擴展名為path，用於定義文件系統中的文件或目錄。

關鍵特性:

基於socket的激活機制：socket與程式分離。

只是啟動socket，來監聽埠，但程式並不啟動，當監聽到請求過來了，則激活程式。
基於bus（匯流排）的激活機制，如果匯流排上存在對某個服務的訪問，則激活之
基於device(設別)的激活機制，當設備接入後，會自動激活mount，device，automount的unit，這些unit發現設備來了，則創建設備文件，並掛載，如果掛載點不存在，則自動創建掛載點。
基於path的激活機制。用例：當某個服務意外終止後，假如它會創建個文件或目。此path機制就是監視系統里是否生成了這個文件或目錄，如果有，則激活某個服務（告訴公司的人，你的服務掛了等）。
系統快照：保存各unit的當前狀態於持久設備設備存儲中。用於恢復unit到指定時間點。讓unit在過去和未來間游走。
向後相容sysv init腳本：放在/etc/init.d/下的腳本，也可以通過systemd激活。

不相容的：

systemctl命令是固定不變的，不能像service那樣，隨意定義命令。
非由systemld啟動的服務，systemctl命令則無法與之通信，所以就無法管理之。

管理系統服務：service類型的unit負責管理服務的

systemctl - Control the systemd system and service manager

systemctl [OPTIONS...] COMMAND [NAME...]

COMMANDS
   Unit Commands
       list-units [PATTERN...]
       list-sockets [PATTERN...]
       list-timers [PATTERN...]
       start PATTERN...
       stop PATTERN...
       restart PATTERN...
       try-restart PATTERN...
       reload-or-restart PATTERN...
       reload-or-try-restart PATTERN...
       kill PATTERN...
       is-active PATTERN...
       is-failed PATTERN...
       status [PATTERN...|PID...]]
       show [PATTERN...|JOB...]
       cat PATTERN...
       reset-failed [PATTERN...]
       list-dependencies [NAME]

對服務的各種操作：service units

啟動，停止，重啟，查看狀態:start|stop|restart|status

centos5,6：service NAME start|stop|restart|status

centos7：systemctl start|stop|restart|status NAME[.service]後面的.service可以省略

# systemctl status crond
● crond.service - Command Scheduler
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/crond.service; enabled; vendor preset: enabled)
   Active: active (running) since Wed 2020-02-26 09:28:20 CST; 5h 49min ago

Loaded：已經裝載了。centos5，6則是用chkconfig 命令裝載。

enabled：開機自動啟動

disabled：開機不會自動啟動

InActive/Active：沒有啟動或啟動了。

active(running):一次或多次持續處理的運行

active(exited):成功完成了一次性的配置

active(waiting)：運行中，在等待一個事件

static:開機不啟動，但可被另一個啟動的服務激活。

例子：telnet-server。

安裝它後，發現它有2個unit file。其中的[email protected]就是static的，

嘗試啟動[email protected]，發現不能啟動，就說明瞭static的不能直接啟動。

那它怎麼啟動呢，啟動telnet.socket就行，telnet.socket啟動後，就變成active (listening)狀態了。

使用lsof -i :埠號，可以看到telnet服務是被systemd管理（監管了）。

lsof：list open files

# rpm -ql telnet-server
/usr/lib/systemd/system/telnet.socket
/usr/lib/systemd/system/[email protected]
# systemctl list-unit-files -a | grep telnet
[email protected]                               static
telnet.socket                                 disabled
# systemctl start [email protected]
Failed to start [email protected]: Unit name [email protected] is missing the instance name.
See system logs and 'systemctl status [email protected]' for details
# systemctl is-active telnet.socket
unknown
# systemctl start telnet.socket
# systemctl status telnet.socket
● telnet.socket - Telnet Server Activation Socket
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/telnet.socket; disabled; vendor preset: disabled)
   Active: active (listening) since Fri 2020-02-28 10:21:26 CST; 8min ago
     Docs: man:telnetd(8)
   Listen: [::]:23 (Stream)
 Accepted: 0; Connected: 0
# lsof -i :23
COMMAND PID USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
systemd   1 root   24u  IPv6  64689      0t0  TCP *:telnet (LISTEN)

嘗試重啟：try-restart PATTERN...：如果服務不是運行狀態，則說明也不做。

centos7：
```
# systemctl try-restart httpd
```
centos5,6：一般的服務腳本里都不支持，此功能，但也有支持的
```
# service NAME condrestart
```
重載配置文件或嘗試重啟:reload-or-try-restart PATTERN...
```
# systemctl reload-or-try-restart httpd
```
重載配置文件或重啟:reload-or-restart PATTERN...
```
# systemctl reload-or-restart httpd
```

查看服務是否是激活：

# systemctl is-active httpd
active
# systemctl stop httpd
# systemctl is-active httpd
unknown

列出所有active的service：

# systemctl list-units -t service
UNIT                               LOAD   ACTIVE SUB     DESCRIPTION
abrt-ccpp.service                  loaded active exited  Install ABRT coredump hook
abrt-oops.service                  loaded active running ABRT kernel log watcher

列出所有識別的service：

centos5，6：chkconfig --list
```
# systemctl list-units -t service -a
```
常用的選項：-t和-a

-t：指定unit file的類型

-a：查看全部
禁止手動啟動和開機自動啟動某service：

centos5,6：chkconfig mySer.sh on

取消禁止手動啟動和開機自動啟動某service

目的是防止誤操作，啟動了不應該啟動的service

原理就是創建一個符號鏈接，所以也可以手動創建符號鏈接實現相同的功能。

# systemctl mask httpd.service
Created symlink from /etc/systemd/system/httpd.service to /dev/null.
# ll /etc/systemd/system/httpd.service
lrwxrwxrwx. 1 root root 9 Feb 27 11:40 /etc/systemd/system/httpd.service -> /dev/null
# systemctl start httpd.service
Failed to start httpd.service: Unit is masked.
# systemctl status httpd.service
● httpd.service
   Loaded: masked (/dev/null; bad)
   Active: inactive (dead)
# systemctl unmask httpd.service
Removed symlink /etc/systemd/system/httpd.service.
# ll /etc/systemd/system/httpd.service
ls: cannot access /etc/systemd/system/httpd.service: No such file or directory

設置開機自動啟動：

查看某個服務是否是開機自動啟動：systemctl is-enabled httpd.service

centos5,6：chkconfig --list NAME

原理就是創建一個符號鏈接，所以也可以手動創建符號鏈接實現相同的功能。

# ll /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ | grep httpd
# systemctl is-enabled httpd.service
disabled
# systemctl enable httpd.service
Created symlink from /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/httpd.service to /usr/lib/systemd/system/httpd.service.
# ll /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ | grep httpd
lrwxrwxrwx. 1 root root 37 Feb 27 11:54 httpd.service -> /usr/lib/systemd/system/httpd.service
# systemctl is-enabled httpd.service
enabled

目錄/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/下的服務就是開機自動啟動的。

查看某個服務依賴了哪些服務：

# systemctl list-dependencies httpd
httpd.service
● ├─-.mount
● ├─system.slice
● └─basic.target
●   ├─microcode.service
●   ├─rhel-dmesg.service

殺死服務，後面是進程的名字，而不是pid，類似，killall命令。
```
# systemctl kill httpd
```

對運行級別的各種操作：target units

unit配置文件：

# ls /usr/lib/systemd/system/*.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  15 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel0.target -> poweroff.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  13 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel1.target -> rescue.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel2.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel3.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  17 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel4.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  16 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel5.target -> graphical.target
lrwxrwxrwx. 1 root root  13 Nov 29 16:46 /usr/lib/systemd/system/runlevel6.target -> reboot.target
# systemctl list-unit-files -t target -a
UNIT FILE                  STATE
anaconda.target            static
basic.target               static
bluetooth.target           static
cryptsetup-pre.target      static
cryptsetup.target          static
ctrl-alt-del.target        disabled
default.target             enabled
...

centos5,6里的運行級別是符號鏈接，指向了別的unit

centos5，6里的運行級別	centos7里的unit file
0	runlevel0.target ->poweroff.target
1	runlevel1.target ->rescue.target
2	runlevel2.target ->multi-user.target
3	runlevel3.target ->multi-user.target
4	runlevel4.target ->multi-user.target
5	runlevel5.target ->graphical.target
6	runlevel6.target ->reboot.target

centos5，6里的運行級別是各管各的，centos7里的target可以使用別的target

# systemctl list-dependencies graphical.target
graphical.target
● ├─accounts-daemon.service
● ├─gdm.service
● ├─initial-setup-reconfiguration.service
● ├─network.service
● ├─rtkit-daemon.service
● ├─systemd-readahead-collect.service
● ├─systemd-readahead-replay.service
● ├─systemd-update-utmp-runlevel.service
● ├─udisks2.service
● └─multi-user.target

發現graphical.target是依賴multi-user.target的，也就是graphical.target復用了multi-user.target。

centos5，6要想復用就很麻煩，要手動把腳本拷貝到別的運行級別的目錄里。

切換運行級別：

centos5，6：init N

centos7：systemctl isolate NAME.target

who -r和runlevel和init N命令依然在centos7里可以使用。

# who -r
         run-level 5  2020-02-28 09:07
# runlevel
N 5
# systemctl isolate multi-user.target
# who -r
         run-level 3  2020-02-28 11:18                   last=5
# runlevel
5 3
# systemctl isolate graphical.target
# runlevel
3 5
# who -r
         run-level 5  2020-02-28 11:18                   last=3

可以切換的前提條件：NAME.target文件里的AllowIsolate的值必須是yes才可以。

[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

修改unit file後，必須使用systemctl daemon-reload命令後，才能生效。

修改成AllowIsolate=no
# emacs /usr/lib/systemd/system/multi-user.target
# tail -1 /usr/lib/systemd/system/multi-user.target
AllowIsolate=no
由於沒有運行systemctl daemon-reload命令，所以運行systemctl isolate multi-user.target沒有效果，但是會提示你要運行systemctl daemon-reload命令
# systemctl isolate multi-user.target
Warning: multi-user.target changed on disk. Run 'systemctl daemon-reload' to reload units.
讓修改生效
# systemctl daemon-reload
修改已經生效了，所以切換就不成功了。原因是AllowIsolate=no
# systemctl isolate multi-user.target
Failed to start multi-user.target: Operation refused, unit may not be isolated.
See system logs and 'systemctl status multi-user.target' for details.

查看開機時使用的什麼target
```
# systemctl get-default
graphical.target
```
centos5,6是查看/etc/inittab，centos5里有很多行，centos6只有一行id:3:initdefault:

設置開機時使用什麼target

原理：創建符號鏈接指向要使用的target

/etc/systemd/system/default.target符號鏈接，指向的是哪個，就使用哪個。所以每次都是先刪除它，再建立一個新的。

# systemctl set-default multi-user.target
Removed symlink /etc/systemd/system/default.target.
Created symlink from /etc/systemd/system/default.target to /usr/lib/systemd/system/multi-user.target.
# systemctl set-default graphical.target
Removed symlink /etc/systemd/system/default.target.
Created symlink from /etc/systemd/system/default.target to /usr/lib/systemd/system/graphical.target.

切換到救援模式：systemctl rescue

centos7在啟動時，就可以進入救援模式。載入設備驅動。

centos5，6必須藉助光碟才能進入救援模式。
切換到更底層的救援模式：systemctl emergency

設備驅動都不載入。如果因為設備驅動壞了導致不能開機，則不許使用此模式修複。
其他常用命令：

原理centos6里的init,poweroff,halt,reboot都成為了systemctl的符號鏈接
```
# ll /usr/sbin/reboot
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Nov 29 16:46 /usr/sbin/reboot -> ../bin/systemctl
# ll /usr/sbin/poweroff
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Nov 29 16:46 /usr/sbin/poweroff -> ../bin/systemctl
```
- 關機：systemctl halt，systemctl poweroff
- 重啟：systemctl reboot
- 掛起：systemctl suspend
- 快照：systemctl hibernate
- 快照並掛起：systemctl hybrid-sleep

通過內核參數，臨時修改內核啟動選項

開機時，在選擇的內核上按e鍵，進入grub2的配置，然後在linux16行的最後，添加內核啟動選擇:

systemd.unit=rescue.target（直接進入救援模式）
systemd.unit=emergency.target（直接進入救援模式）
systemd.unit=multi-user.target（直接進入多用戶的文本模式）

編寫unit file

/usr/lib/systemd/system/httpd.service內容如下：

# cat /usr/lib/systemd/system/httpd.service
[Unit]
Description=The Apache HTTP Server
After=network.target remote-fs.target nss-lookup.target
Documentation=man:httpd(8)
Documentation=man:apachectl(8)

[Service]
Type=notify
EnvironmentFile=/etc/sysconfig/httpd
ExecStart=/usr/sbin/httpd $OPTIONS -DFOREGROUND
ExecReload=/usr/sbin/httpd $OPTIONS -k graceful
ExecStop=/bin/kill -WINCH ${MAINPID}
# We want systemd to give httpd some time to finish gracefully, but still want
# it to kill httpd after TimeoutStopSec if something went wrong during the
# graceful stop. Normally, Systemd sends SIGTERM signal right after the
# ExecStop, which would kill httpd. We are sending useless SIGCONT here to give
# httpd time to finish.
KillSignal=SIGCONT
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

unit file 通常由3部分組成
- [Unit]：通用選項。
  - Description：提供描述信息（在systemctl status里顯示的信息）
  - After：在此服務啟動後，本服務啟動
- [Name]：與特定類型相關的專用選項，如果是.service則此處是Service
- [Install]：定義由systemctl enable和systemctl disable命令，在服務啟用或禁用時用到的一些選項。
以#開頭的行是註釋
相關布爾值

1，yes，on，true都是開啟

2，0，off，no，false都是關閉
時間預設單位是秒，毫秒：ms，分鐘：m等必須顯示加上單位
詳細信息參考阮一峰的日誌：http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/03/systemd-tutorial-part-two.html

centos7系統啟動流程