Linux引导过程与排除启动故障

清香西北风
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一、Linux引导过程

linux引导过程一般包括以下几个阶段： 开机自检 、 MBR 引导 、GRUB 菜单 、加载Linux内核 、 init（centos6），Systemd（centos7） 进程初始化 。 image.png

1、开机自检

服务器主机开机以后，将根据主板 BIOS 中的设置对 CPU（Central Processing Unit， 中央处理器）、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测，检测成功后根据预设的启动顺序移交系统控制权，大多时候会移交给本机硬盘。

2、MBR引导

当从本机硬盘中启动系统时，首先根据硬盘第一个扇区中 MBR（Master Boot Record， 主引导记录）的设置，将系统控制权传递给包含操作系统引导文件的分区；或者直接根据 MBR 记录中的引导信息调用启动菜单（如 GRUB）。 总结：运行放在MBR扇区里的启动菜单GRUB引导程序。

3、GRUB菜单

对于 Linux 操作系统来说，GRUB（GRand Unified Bootloader，统一启动加载器）是使用最为广泛的多系统引导器程序。系统控制权传递给 GRUB 以后，将会显示启动菜单给用户选择，并根据所选项（或采用默认值）加载 Linux 内核文件，然后将系统控制权转交给内核。需要注意的是，CentOS 7 采用的是 GRUB2 启动引导器。 总结：GRUB引导程序通过读取GRUB配置文件/boot/grub2/grub.cfg，来获取内核和镜像文件系统的设置和路径位置。 （即选择内核文件和系统类型）

4、加载Linux内核

Linux 内核是一个预先编译好的特殊二进制文件，介于各种硬件资源与系统程序之间， 负责资源分配与调度。内核接过系统控制权以后，将完全掌控整个 Linux 操作系统的运行过 程。在 CentOS 系统中，默认的内核文件位于“/boot/vmlinuz-3.10.0-514.el7.x86_64”。 总结：把内核和镜像文件系统加载到内存中，使其可以使用。

5、init/systemd进程初始化

为了完成进一步的系统引导过程，Linux内核首先将系统中的“/sbin/init”程序加载到内存中运行（运行中的程序称为进程），init 进程负责完成一系列的系统初始化过程，最后等待用户进行登录。CentOS 7 采用的是 Systemd 启动方式。 总结：加载硬件驱动程序，内核把init进程加载到内存中运行。 在Systemd中不同类型的systemd对象被统一称为单元（unit），是让系统知道该如何进行操作和管理资源的主要对象，所以systemd有许多单元类型。 Systemd单元文件最初默认存放在/lib/systemd/system目录中，每当安装新的软件都会自动在这个目录中添加一个配置文件。通过配置文件进行标识和配置不同单元；文件中主要包含了系统服务、监听。

ps：systemd的单元进程

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二、排除启动类故障

1、修复MBR扇区故障

故障原因：

  • 病毒、木马的等造成的破坏；
  • 不正确的分区操作、磁盘读写误操作等。

故障现象：

  • 找不到引导程序，启动中断；
  • 无法加载操作系统，开机后黑屏。

解决思路：

  • 提前添加一块新硬盘；
  • 提前做好备份文件（将MBR扇区备份到另一块硬盘上）；
  • 以安装光盘引导进入急救模式；
  • 从备份文件中恢复。

MBR扇区：

第一块硬盘的第一个物理扇区共512字节，其中前446字节为MBR（主引导记录），后64字节为硬盘分区表，最后2字节为硬盘标识。

备份命令：

mkdir /data/aa  
mount /dev/sdb1 /data/aa  
dd if=/dev/sda  of=/data/aa/mbr.bak  count=512  bs=1

在光盘中恢复MBR扇区命令：

sh-4.2# mkdir /backup  
sh-4.2# mount /dev/sdb1 /data/backup  
sh-4.2# dd if=/backup/mbr.bak of=/dev/sda count=512 bs=1

重启观察故障情况。因为第一块硬盘的引导程序被破坏，系统自动改用光盘启动。选择Troubleshooting，之后选择rescue mode（急救模式），使用备份文件恢复MBR扇区。

重启发生故障，无法正常启动。

选择 troubleshooting ，然后选择“Rescue a CentOS system”（急救模式），从备份文件中恢复MBR扇区，最后重新启动。

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image.png 就可以成功进入界面

2、修复GRUB引导故障

故障原因：

  • MBR中的GRUB引导程序遭到破坏
  • grub.cfg 文件丢失、引导配置有误

故障现象：

  • 系统引导停滞，显示“grup>” 提示符

解决思路：

  • 尝试手动输入引导命令（笨拙繁琐，不建议使用）
  • 提前备份文件，恢复MBR扇区中的grub引导程序
  • 进入急救模式，重写或者从备份中恢复grub.cfg 文件

演示（恢复MBR扇区中的grub引导程序）

改用光盘启动，进入急救模式，从备份中恢复grub引导程序（/dev/sda的前446个字节）。

MBR位于第一块硬盘(/dev/sda)的第一个物理扇区处，总共512字节，前446字节是主引导记录，分区表保存在NBRA扇区中的第447-510字节中。

1）先备份MBR扇区的前446个字节。

[root@localhost ~]# mount /dev/sdb1 /data/aa   //将sdb1挂载到/data/aa目录下  
[root@localhost ~]# dd if=/dev/sda of=/data/aa/grub.bak bs=446 count=1     //将MBR扇区的前446个字节备份到/dev/sdb1中  
记录了1+0 的读入  
记录了1+0 的写出  446字节(446 B)已复制，0.000140753 秒，3.2 MB/秒  
[root@localhost ~]# ls /data/aa  grub.bak mbr.bak

2）模拟对MRB中的GRUB引导程序的破坏，但并不破坏分区表。

#使用空字符串破坏前446个字节（即主引导记录） 
[root@localhost ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=446 count=1      使用空串字符覆盖引导记录
记录了1+0 的读入  
记录了1+0 的写出  
446字节(446 B)已复制，0.000168803 秒，2.6 MB/秒  
[root@localhost ~]# reboot   //重启，观察故障情况

3）重启发生故障。进入急救模式，从备份中恢复grub引导程序 （方法和上面一个实验一致）

image.png image.png

案例演示2（重建grub.cfg 文件）

引导界面进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件。

主要指令：

chroot /mnt/sysimage      #进入急救模式后，加载光盘镜像，切换到光驱系统的根环境 
grub2-install /dev/sda      #重新将GRUB引导程序安装到第一块硬盘（dev/sda）的MBR扇区 
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg      #重新构建GRUB菜单配置文件

出现故障后重新启动，在读条界面按 Esc 键进入启动菜单，改用光盘启动，引导界面进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件

出现”grub>“故障提示符

image.png 重新启动，在读条界面按 Esc 键进入启动菜单，改用光盘启动，进入急救模式，重建GRUB菜单配置文件

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重启后可以直接进入用户登入界面，则重新构建成功

3、遗忘root用户密码

故障原因：

  • 遗忘root用户的密码

故障现象：

  • 无法进行需要root权限的管理操作；
  • 若没有其他可用账号，将无法登陆操作系统。

解决思路

  • 进入急救模式，重设密码。

案列：

情况一：

有光盘的情况下，使用光盘启动，进入急救模式。使用root环境，passwd修改root用户密码。

chroot /mnt/sysimage     //进入急救模式后，切换到光驱系统的根环境  

passwd                   //修改密码

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情况二：

没有光盘的情况下，启动时按任意键暂停启动，之后按e键进入编辑模式。

将光标移动到 linux 开始的行，添加内核参数 rd.break，之后按ctrl-x启动进入单用户模式。

image.png 进入单用户模式后使用以下命令：

mount –o remount,rw /sysroot  
chroot /sysroot  passwd root 

#如果SELinux是启用的,才需要执行下面操作,如果没有启动,不需要执行  
touch /.autorelabel  
exit  
reboot

image.png

三、Linux系统的运行级别

1、查看运行级别

runlevel命令（只能查看切换运行级别与当前运行级别）

[root@localhost ~]# runlevel //查看切换运行级别与当前运行级别 
N 5    N：表示前一次没有切换运行级别
       5：当前运行级别5，处于图形界面

#N：表示前一次没有切换过运行级别  
#5：当前运行级别5，处于图像界面的多用户模式

systemctl工具（能查看默认的运行级别）

[root@localhost ~]# systemctl get-default //查看默认的运行级别  
graphical.target       //默认运行级别为图形界面

2、临时切换运行级别：

init命令

init 0     //关机  
init 1     //切换到单用户模式（single，维护模式）  
init 3     //切换到字符界面的多用户模式  
init 5     //切换到图形界面的多用户模式  
init 6     //重启

systemctl工具

systemctl [command] [unit.target]

command参数：

  • get-default：取得当前的target
  • set-default：设置指定的target为默认的运行级别
  • isolate：切换到指定的运行级别

unit.target：指运行级别（共7个）

临时切换运行级别：

systemctl isolate poweroff.target     //关机  
systemctl isolate rescue.target       //切换到单用户模式（single，维护模式）                      
systemctl isolate multi-user.target   //切换到字符界面的多用户模式        
systemctl isolate graphical.target   //切换到图形界面的多用户模  
systemctl isolate reboot.target       //重启

注：设置默认运行级别的过程，实际是创建一个指向指定运行级别的软链接。

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